JP2004089211A - Thermosensitive exothermic element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermosensitive exothermic element capable of surely evading the danger of a low-temperautre burn, or the like. <P>SOLUTION: This thermosensitive exothermic element is constituted by using thermosensitive hydrogel composed of water and a hydrogel-forming polymer, whose balanced water absorption magnification lowers with the rise of a temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体等の温度に対してデリケートな表面の加温ないし加熱に好適に使用可能な発熱体に関し、より詳しくは、温度を感知して発熱反応の暴走を防止する機能を「それ自体で」有する感温性発熱体に関する。本発明の発熱体は、医薬又は医療用、家庭用、レジャー用に供される「使い捨てカイロ」や温熱シップ剤、温熱プラスター等の温熱性貼付剤として、特に好適に使用可能である。
【0002】
【従来の技術】
現在市販されている、いわゆる「使い捨てカイロ」、「温熱シップ剤」等は、鉄の空気酸化の際に発生する反応熱を利用するものが多い。これらに使用される化学発熱剤は、一般に、鉄粉、水、塩類、活性炭等を組み合わせて発熱するように構成されている。このような化学発熱剤は、通常、通気孔を有する収納袋に封入して、上記カイロ等として使用されている。
【0003】
従来より、鉄粉の酸化反応に必要な水を保水するために、木粉、シリカゲル、パーライト、バーミキュライトのような保水剤が使用されていたが、これらの保水剤は保水能が小さく、発熱と共に水の蒸発が急激に進行するため、カイロ等の発熱持続時間が短くなるという欠点があった。
【0004】
この点を改良するため、最近では高吸水性樹脂と呼ばれる保水能の高いポリアクリル酸塩架橋物等のハイドロゲルを、上記保水剤として使用することが一般的である。カイロ等の発熱温度の制御は、化学発熱剤の成分、組成及び充填量、または収納袋の通気孔を調節することにより行われる場合が多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、高齢化社会が進み、腰痛、ひじ痛、ひざ痛、肩痛等の症状を訴える人が増加する傾向にある。そのため、対症療法による温熱性貼付剤が広く利用されている。しかしながら、上述したような鉄の空気酸化等を利用した従来の発熱体は、主として収納袋の通気孔を調節して酸素供給量を抑制することのみによって温度制御を行っているため、発熱温度の制御が不完全となり、いわゆる「低温火傷」(例えば、皮膚が約42℃の温度に数時間晒された場合に生ずる)の事故が頻発していた。この「低温火傷」の問題は、PL法(製造物責任法)の施行とも相まって、メーカーにとって、より深刻な問題を提起している。
【0006】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消した感温性発熱体を提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、低温火傷等の危険性を確実に回避することが可能な感温性発熱体を提供することにある。
【0008】
本発明の更に他の目的は、発熱体自身が温度を感知して、より精密に発熱温度を制御することが可能な感温性発熱体を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、温度の上昇により平衡吸水倍率が低下する特性を有する感温性ハイドロゲルを用いて、該ハイドロゲルへの水の出入りを「微視的」にコントロールすることが、上述した課題の解決に極めて有効であることを見い出した。
【0010】
本発明の感温性発熱体は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、少なくとも水と、ハイドロゲル形成性の高分子とからなり、且つ温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する感温ハイドロゲルを含むことを特徴とするものである。
【0011】
本発明によれば、更に、袋状部材と、該袋状部材の内部に配置された感温性発熱体とを含む発熱部材であって;該感温性発熱体が、少なくとも水と、ハイドロゲル形成性の高分子とからなり、且つ温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する感温ハイドロゲルを含むことを特徴とする発熱部材が提供される。
【0012】
発熱体の収納袋の通気性ないし通気孔の調節により該発熱体の発熱性をコントロールする従来の発熱部材においては、該収納袋を構成するフィルムの通気性の精密な調節が困難であったため、発熱体の発熱性もバラつく傾向があった。特に、該収納袋にピンホール等の微少な孔や裂け目等が存在した場合には、これらの微少孔等が肉眼では発見が難しい一方で、その影響は深刻であった。すなわち、発熱体自体には「温度調節」の機能はないため、該微少孔等の存在により該発熱体が過剰に発熱して、重大な結果(低温火傷)を招く危険性が避け難かった。
【0013】
これに対して、上記感温ハイドロゲルを含む本発明の発熱体では、発熱が進行して所定の温度に到達すると、該ゲルを構成する高分子の平衡吸水倍率の低下に基づき感温ハイドロゲルから水が放出されるため、その気化熱によって発熱体が冷却されて、発熱体の過度の加熱が防止される。
【0014】
一方、本発明の発熱体が上記した所定温度より低い温度に冷却されると、該ゲルを構成する高分子の平衡吸水倍率の上昇に基づき感温ハイドロゲルは外部の水を吸収するため、水の蒸発による冷却が抑制され、温度が過度に低下することが防止される。
【0015】
上述したように、本発明の感温発熱体は、発熱体自身が温度を感知してより精密に発熱温度を制御するため、低温火傷の危険性等を回避することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「%」は、特に断らない限り重量基準とする。
【0017】
(感温性発熱体)
本発明の感温性発熱体は、発熱部中に、温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する感温ハイドロゲルを少なくとも含むものである。本発明において、該感温ハイドロゲルは、少なくとも、水と、ハイドロゲル形成性の高分子とからなる。
【0018】
本発明の感温性発熱体の最高温度(Tm)と、平均温度(Ta)との比(Tm/Ta)は、1.15以下であることが好ましく、更には1.10以下(特に1.08以下)であることが好ましい。ここに、上記感温性発熱体の最高温度(Tm)と、平均温度(Ta)とは、以下の方法により好適に測定が可能である。
【0019】
<TmおよびTaの測定方法>
ガラス製ビーカー(直径3.0cm、高さ4.4cm)内で被測定試料たる発熱体(ないし発熱剤)の約6gを調製し、該ビーカーを発泡スチロール板(大きさ:20×30cm、厚さ:20mm)上に置く。該ビーカー上部は濾紙(東洋濾紙社製、No.2濾紙)で覆い、ビーカー底面の温度を、該底面と、前記発泡スチロール板との間に配置したビーズ型プローブ(横河電機社製、2459−07型)を用いて、熱電対温度計(横河電機社製、商品名:2455型)で経時的に測定する(発熱剤は30分おきに撹拌する)。このような測定系により、測定開始直後(t0)から、発熱剤を撹拌しても著しい温度上昇(3℃以上)が認められなくなった後、上記温度計が38.5℃を示す時点(t1)まで、連続的に温度測定を行う。
【0020】
得られた温度−時間曲線(t=t0〜t1)を積分して、該積分値を測定時間(t1−t0)で除した商を、上記平均温度Taとする。また、この温度−時間曲線(t0〜t1)において、最も高い温度を最高温度Tmとする。
【0021】
(感温ハイドロゲル)
本発明において「ハイドロゲル」とは、高分子からなる架橋ないし網目構造と、該構造中に支持ないし保持された(分散液体たる)水とを少なくとも含むゲルをいう。架橋ないし網目構造中に保持された「分散液体」は、水を主要成分として含む液体である限り、特に制限されない。より具体的には例えば、分散液体は、水自体であってもよく、また、水溶液、および/又は含水液体(例えば、水と一価ないし多価アルコール等の混合液体)等、いずれの水性媒体であってもよい。
【0022】
本発明に用いられる感温ハイドロゲルは、温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する性質を有する「感温ハイドロゲル形成性高分子」から成る。感温ハイドロゲル形成性高分子は、水に対する溶解度温度係数が負であるか、および/又はその水溶液が下限臨界共溶温度(Lower Critical Solution Temperature, LCST)を有する高分子化合物に架橋構造を付与ないし導入することによって得ることができる。ここに、LCSTとは、均一な高分子水溶液が温度の上昇により水相と高分子相の二相に相分離する温度を言う(Heskins,M., et al., J. Macromol. Sci. Chem. A2(8) ; 1441, 1968)。
【0023】
LCSTを有する高分子化合物を架橋した「感温ハイドロゲル形成性高分子」は、該LCSTより低い温度の温度領域で水を吸収して膨潤しハイドロゲルを形成するが、加熱すると温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下し、すなわち、水を外部へ放出して徐々に収縮し、該LCSTにおいて不連続に著しく収縮する。感温ハイドロゲルのこの挙動は熱可逆的に観測され、温度が低下すれば再び吸水して膨潤する。この温度に依存したハイドロゲルの可逆的膨潤−収縮挙動の駆動力は、主として疎水相互作用によるものとされ、ゲルの体積相転移現象として田中らにより理論的に理解されている(例えば、Tanaka, T, et al., Phys. Rev. Lett., 55; 2455, 1985)。
【0024】
すなわち、発熱部として上記感温ハイドロゲルを含む本発明の発熱体では、発熱が進行して所定の温度に到達すると、該感温ハイドロゲルから水が放出され、その気化熱によって発熱体を冷却し、発熱体が過度に加熱することを防止する。一方、所定温度より低い温度に冷却されると、該感温ハイドロゲルは外部の水を吸収するので水の蒸発による冷却が抑制され、温度が過度に低下することを防止する。このように、本発明の感温発熱体は、発熱体自身が温度を感知してより精密に発熱温度を制御するため、低温火傷の危険性等を回避することが可能となる。
【0025】
(平衡吸水倍率)
本発明に用いる感温ハイドロゲルは、温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する特性を有する感温ハイドロゲルである。
【0026】
ここに、所定温度における所定水性媒体中における感温ハイドロゲルの「平衡吸水倍率」は以下のようにして測定される。
【0027】
乾燥した感温ハイドロゲル形成性高分子の一定量(W1g)を秤取り、過剰量(例えば、前記感温ハイドロゲル形成性高分子の予想吸水量の1.5倍以上の重量)の水性媒体中に浸漬し、所定温度で2日間(48時間)恒温槽中に放置して、前記感温ハイドロゲル形成性高分子を膨潤させる。余剰の水性媒体を該所定温度で濾過または遠心分離により除去した後、吸水膨潤した感温ハイドロゲルの重量(W2g)を測定し、次式により該所定温度における該水性媒体中での平衡吸水倍率を求める。
【0028】
(式1)      平衡吸水倍率=(W2−W1)/W1
平衡吸水倍率は、前記LCSTより高い温度では、ほぼ一定の最小値となり、他方、LCSTより低い温度領域では、温度の低下に伴い増大する。本発明においては、狭い温度範囲で平衡吸水倍率が大きく変化することが好ましく、LCSTより高い温度での平衡吸水倍率(ほぼ一定の最小値)を1とした際に、LCSTより2℃低い温度における平衡吸水倍率は、1.2以上、更には1.5以上(特に2以上)であることが好ましい。
【0029】
(LCSTを有する高分子)
本発明における「LCSTを有する高分子化合物」としては、例えば、ポリN−置換アクリルアミド誘導体、ポリN−置換メタアクリルアミド誘導体、及びこれらのポリN−置換アクリルアミド誘導体/ポリN−置換メタアクリルアミド共重合体、ポリビニルメチルエーテル、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイド、エーテル化メチルセルロース、ポリビニルアルコール部分酢化物等が、必要に応じて各種の共重合体および/又は混合物として好適に使用可能である。
【0030】
これらの中でも、ポリN−置換アクリルアミド誘導体またはポリN−置換メタアクリルアミド誘導体、またはN−置換アクリルアミド誘導体/ポリN−置換メタアクリルアミド共重合体が、本発明において特に好ましく使用可能である。
【0031】
本発明において好ましく用いられる高分子化合物の具体例を、LCSTが低い順に列挙すると、ポリ−N−アクリロイルピペリジン;ポリ−N−n−プロピルメタアクリルアミド;ポリ−N−イソプロピルアクリルアミド;ポリ−N,N−ジエチルアクリルアミド;ポリ−N−イソプロピルメタアクリルアミド;ポリ−N−シクロプロピルアクリルアミド;ポリ−N−アクリロイルピロリジン;ポリ−N,N−エチルメチルアクリルアミド;ポリ−N−シクロプロピルメタアクリルアミド;ポリ−N−エチルアクリルアミドなどである。
【0032】
上記の高分子は単独重合体(ホモポリマー)であってもよく、また上記重合体を構成する単量体と、他の単量体との共重合体であってもよい。このような共重合体を構成する他の単量体としては、親水性単量体、疎水性単量体のいずれを用いることもできる。
【0033】
上記親水性単量体としては、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、アクリルアミド、メタアクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、ヒドリキシエチルメタアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタアクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、酸性基を有するアクリル酸、メタアクリル酸及びそれらの塩、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸等、並びに塩基性基を有するN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド及びそれらの塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0034】
一方、上記疎水性単量体としては、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、グリジルメタクリレート等のアクリレート誘導体およびメタクリレート誘導体、N−n−ブチルメタアクリルアミド等のN−置換アルキルメタアクリルアミド誘導体、塩化ビニル、アクリロニトリル、スチレン、酢酸ビニル等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【0035】
一般的には、上記高分子化合物に親水性単量体を共重合することにより、LCSTを上昇させることが可能となり、一方疎水性単量体を共重合することにより、LCSTを下降させることが可能となる。
【0036】
上述したLCSTは、本発明のハイドロゲル形成性高分子の平衡吸水倍率の温度依存性を決定する因子の一つとして捉らえることが可能である。すなわち、上記したような「共重合体成分」を選択することによっても、LCSTないしハイドロゲル平衡吸水倍率の温度に対する依存性をコントロールすることができる。
【0037】
本発明に用いるLCSTを有する高分子化合物のLCSTは、発熱体の使用目的によって適宜選択されうるが、感温ハイドロゲルが含有する水性媒体中において30℃以上70℃以下であることが好ましい。特に、低温火傷を防止することを目的とする温熱性貼付剤などに使用する場合は、35℃以上50℃以下、さらには40℃以上45℃以下であることがより好ましい。
【0038】
このLCSTが低過ぎる場合には、低温環境下(例えば、温度30℃以下の環境下)で感温ハイドロゲルが大部分の水分を放出してしまい、発熱を阻害する傾向が増大する。一方、LCSTが70℃を越えると、高温環境下(例えば、温度45℃以上の環境下)における感温ハイドロゲルの水分の放出性が低下し、発熱抑制効果が不充分となる。
【0039】
(架橋)
上記したような高分子化合物に架橋構造を付与ないし導入する方法としては、該高分子化合物を与えるべき単量体を重合する際に架橋構造を導入する方法と、該単量体の重合終了後に架橋構造を導入する方法とが挙げられるが、本発明においては、これらのいずれの方法も使用可能である。
【0040】
前者の(単量体重合時の架橋導入)方法は、通常、二官能性単量体(あるいは3以上の官能基を有する単量体)を共重合することにより実施可能である。例えば、N,N−メチレンビスアクリルアミド、ヒドロキシエチルジメタクリレート、ジビニルベンゼン等の二官能性単量体が好適に使用できる。
後者の(単量体重合終了後の架橋導入)方法は、通常、光、電子線、γ線照射等により分子間に架橋を形成することにより実施可能である。
また、このような後者の方法は、例えば、高分子化合物中の官能基(例えばアミノ基)と結合しうる官能基(例えば、イソシアネート基)を分子内に複数個有する多官能性分子を架橋剤として用いて、該高分子化合物を架橋させることによっても実施可能である。  本発明におけるハイドロゲル形成性高分子の平衡吸水倍率(特にLCSTより低い低温領域における平衡吸水倍率)は、上記の架橋構造、特に架橋密度に依存し、一般に架橋密度が低い程、平衡吸水倍率が大きくなる傾向がある。LCSTより高い高温領域における平衡吸水倍率に対しては、架橋密度の影響の程度は比較的小さい傾向があるため、架橋密度が低い程、平衡吸水倍率の温度依存性も大きくなる傾向がある。
このような「架橋密度」は前者の方法においては、例えば、二官能性単量体の共重合比を変えることで、後者の方法においては、例えば、光、電子線、γ線等の照射量を変えることで、任意に所望の程度に制御することが可能である。  本発明においては、架橋密度は、全単量体に対する分岐点のモル比で、約0.02mol%〜約10mol%、更には約0.05mol〜約4mol%の範囲にあることが好ましい。前者の(重合時の架橋導入)方法により架橋構造を導入する場合、二官能性単量体の全単量体(該二官能性単量体自体をも含む)に対する共重合重量比は、約0.03wt. %〜約3wt. %(更には約0.05wt. %〜約1.5wt. %)の範囲であることが好ましい。
【0041】
本発明において架橋密度が約10mol%を越える場合には、本発明のハイドロゲル形成性の高分子の平衡吸水倍率の温度依存性が小さくなるために、本発明のハイドロゲル形成性の高分子の吸水−水放出の効果が小さくなる。一方、架橋密度が約0.02mol%未満の場合には、該ハイドロゲル形成性の高分子の機械的強度が弱くなり、取扱いが困難になると同時に、温度変化に伴う膨潤、収縮過程での機械的破損が生ずる可能性が大きくなる。
上述したような架橋密度(全単量体に対する分岐点のモル比)は、例えば、13C−NMR(核磁気共鳴吸収)測定、IR(赤外吸収スペクトル)測定、または元素分析によって定量することが可能である。
【0042】
(ハイドロゲルないし高分子の形状)
本発明に用いる感温ハイドロゲルないしハイドロゲル形成性高分子の形状は特に限定されず、発熱体の種類、使用方法等によって適宜、選択することが可能である。該ハイドロゲルないし高分子の形状は、例えばマイクロビーズ状、ファイバー状、フイルム状または不定形等の種々の形状をとることが可能である。
【0043】
本発明におけるハイドロゲルないし高分子の大きさは、温度変化に対する該ハイドロゲル形成性高分子の平衡吸水倍率の変化過程、即ち膨潤及び収縮過程の温度に対する追従性を高める点から、該ハイドロゲルないし高分子の単位体積当たりの表面積を大きくする、即ちハイドロゲルないし高分子1物体(例えば、1粒)当たりの大きさを小さくすることが好ましい。例えば、本発明におけるハイドロゲルないし高分子の大きさは、乾燥時で0.1μm〜5mm程度の範囲であることが好ましく、1μm〜1mm程度(特に10μm〜100μm程度)であることが更に好ましい。
本発明において、上記したハイドロゲルないし高分子の「乾燥時の大きさ」とは、該ハイドロゲルないし高分子の最大径(最大寸法)の平均値(少なくとも10個以上計測した値の平均値)をいう。より具体的には、本発明においては、例えば上記ハイドロゲルないし高分子の形状に対応して、以下のサイズを「乾燥時の大きさ」として用いることができる。
マイクロビーズ状:粒径(平均粒径)
ファイバー状:各繊維状片の長さの平均値
フイルム状、不定形状:各片の最大寸法の平均値
本発明においては、上記の「最大値の平均値」に代えて、各片の体積の平均値(少なくとも10個以上計測したときの平均値)と等しい体積を有する「球」の直径を、上記ハイドロゲルないし高分子の「乾燥時の大きさ」として用いてもよい。
【0044】
(発熱部)
前記したように、本発明の感温性発熱体の温度制御は感温ハイドロゲルの温度に依存した水の吸収、放出特性に基づくものであるから、発熱部の構成/種類に制約はなく、従来公知の発熱性を有する部材ないし組成である限り、特に制限なく本発明に使用可能である。このような発熱性を有する部材としては、例えば、電気利用の発熱部材、乾電池または太陽電池等を使用した発熱部材またはペーパー状の電池、あるいは化学発熱剤などが挙げられる。中でも、良好な携帯性や低コスト等の点から、化学発熱剤が好ましく用いられる。
【0045】
(化学発熱剤)
本発明に使用可能な「化学発熱剤」とは、化学反応を利用して発熱する性質を有する化合物ないし組成物をいう。このような化学発熱剤としては、上述した感温ハイドロゲルの機能を実質的に阻害しない範囲内で、公知のものを特に制限なく使用可能である。良好な携帯性や低コスト等の点からは、鉄粉の酸化熱を利用した化学発熱剤が好適に使用可能である。
【0046】
このような化学発熱剤の組成は、空気および水の共存下で発熱反応を生起する物質系、中でも、鉄粉系、水、および保水剤(必要に応じて反応助剤)から構成されるものが好ましい。より具体的には、鉄粉、還元鉄粉(鉄粉系);活性炭、木炭、繊維粉、アルミナ、シリカゲル、パーライト、バーミキュライト、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、チオシアン酸カリウム、水酸化カルシウム、塩化鉄、酢酸、クロル酢酸(反応助剤);水;高吸水性樹脂(保水剤)などの発熱原料を適宜配合・処方した組成物が挙げられる。
【0047】
本発明の感温ハイドロゲルは、このうち水および保水剤としての機能も有するが、必要に応じて、該感温ハイドロゲルと、従来公知の保水剤とを併用しても良い。感温ハイドロゲルの配合量は、感温ハイドロゲル形成性高分子として、化学発熱剤全体の0.1〜20wt%程度が好ましく、更には1〜10wt%程度(特に3〜5wt%程度)であることが好ましい。
【0048】
(塩類)
化学発熱剤には、反応助剤として種々の塩類が用いられるが、塩の種類や添加量によって感温ハイドロゲルの温度依存性が変化する場合がある。これは、前述したに、LCST挙動が疎水相互作用に基づくことによる。すなわち、水の構造化を促進する傾向のイオン(塩析性の塩)が共存すると、その濃度増大に伴って高分子の疎水相互作用が増強されてLCSTが低下する傾向がある。これとは逆に、水の構造を破壊する傾向のイオン(塩溶性の塩)が共存すると、その濃度増大に伴い高分子の疎水相互作用が弱められて、LCSTが上昇する傾向がある。これらの中間的な性質の塩の場合には、添加量に依存せず、LCSTは変化しない。
【0049】
具体的には例えば、塩析性の塩として塩化ナトリウム、塩溶性の塩としてチオシアン酸カリウム、中間的な性質の塩としてヨウ化カリウムなどを例示することができる。従って、化学発熱剤に使用する塩の種類や量によっても、感温ハイドロゲルの温度依存性をコントロールすることができる。
【0050】
(還元剤)
さらに、本発明者らは前記感温ハイドロゲルに還元剤を含有させることが、化学発熱剤の温度制御に極めて有効であることを見出した。
【0051】
このような還元剤を併用する態様においては、鉄の酸化反応による発熱が進行して所定の温度に到達すると、該感温ハイドロゲルから水と共に還元剤が放出され、水の気化熱による冷却に加えて還元剤による鉄の酸化抑制が働き、発熱体が過度に加熱することを防止する。一方、所定温度より低い温度に冷却されると、該感温ハイドロゲルは
外部の水と共に還元剤を吸収するので、水の蒸発による冷却と還元反応が抑制され、温度が過度に低下することを防止する。
【0052】
その上、還元剤を添加すると、一旦酸化された鉄が還元されるので酸化反応による発熱を繰り返すことが可能となり、発熱体の発熱持続時間が延長するという効果も発揮される。
【0053】
本発明に使用可能な還元剤は、鉄の空気酸化反応を阻害または抑制する働きを有するものである限り、公知の還元剤を特に制限なく使用可能である。本発明においては、水溶性還元剤、脂溶性還元剤いずれも使用可能であるが、均一な水溶液として使用可能な点から、水溶性還元剤が好適に用いられる。
【0054】
水溶性還元剤としては、例えば、アスコルビン酸(塩)、亜二チオン酸(塩)、亜硫酸水素(塩)、硫化水素、チオ尿素、システイン、シスタミン、グルタチオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0055】
(袋状部材)
上述したように、本発明の感温ハイドロゲルを用いた発熱体は、それ自体で温度調節機能を有するため、その発熱機能発現に際しては、必ずしも「袋状部材」中に収納する必要はない。しかしながら、取り扱い、製造・販売の容易性、ないしは安全性の観点からは、本発明の発熱体を「袋状部材」中に配置ないし収納することが好ましい。
【0056】
このような態様の一例を図1の模式断面図に示す。この図1においては、本発明の感温ハイドロゲルを用いた発熱体1を、収納袋2内に配置ないし封入している。図1においては、収納袋2の両端は、ヒートシール、接着剤等の公知の手段によりシールされている。
【0057】
空気の流入を利用して発熱体1の発熱作用の調節を行う態様においては、この収納袋2は、空気の流入量を制限可能な袋状部材であることが好ましい。このような収納袋2の素材としては、従来より公知の材料、例えば、不織布にシーラントとしてポリエチレン等を重層したものに針穴を開けた素材や、多孔質フィルム等、が特に制限なく使用できる。
【0058】
このように、従来の通気量制限による発熱制御と、感温ハイドロゲルを用いる発熱制御とは基本的なメカニズムが異なるため、この両者を組み合わせた場合には、これらが相乗的に寄与して、より安全性の高い発熱体を提供することが可能となる。
【0059】
以下に、本発明の効果を示す実施例を比較例との比較によって例示するが、本発明は以下の実施例によって制限されるものではない。
【0060】
【実施例】
実施例1
(感温ハイドロゲル形成性高分子の合成)
N−イソプロピルアクリルアミド20g(177mmol)、アクリルアミド5.39g(75.9mmol)、N,N’−メチレンビスアクリルアミド0.39g(2.5mmol)を、500mLのビーカー中で蒸留水374mLに溶解し、窒素気流下室温(25℃)で過硫酸アンモニウム0.26gおよびN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン0.13mLを加えて重合させた。反応開始後約10分でゲル化したが、そのまま室温で4時間放置した。ゲルを家庭用ミキサーに移し、蒸留水400mLを加えて粉砕した。次いでエタノール350mLを加え、60℃に加温して遠心分離(1、500rpm,5分)によりゲルを回収した。真空乾燥後、再度ミキサーにより粉砕して感温ハイドロゲル形成性高分子22gを得た。
【0061】
乾燥した感温ハイドロゲル形成性高分子0.30gを5wt%食塩水中に所定温度(以下のような種々の温度)で48時間浸漬して膨潤させ、該所定温度で遠心分離して余剰の水分を除去した後、感温ハイドロゲルの重量を測定して(式1)により平衡吸水倍率を求めたところ、30倍(25℃)、22倍(35℃)、11倍(40℃)、6倍(42℃)、3倍(44℃)、
3倍(50℃)であった。
【0062】
実施例2
(発熱体の試験)
ガラス製ビーカー(直径3.0cm、高さ4.4cm)に実施例1で合成した乾燥感温ハイドロゲル形成性高分子0.15g、活性炭(粉末、和光純薬製)0.30g、を入れ、5wt%食塩水3.0gを加えて室温でよく撹拌した。次いで鉄粉(和光純薬製)3.0gを加えて薬さじでよく撹拌して発泡スチロール板(大きさ:20×30cm、厚さ:20mm)上に置き、ビーカー上部は濾紙で覆い、ビーカー底面の温度を熱電対温度計(横河電機社製、商品名:2455型)により経時的に測定した(発熱剤は30分おきに撹拌した)。この際、該熱電対温度計のビーズ型プローブ(横河電機社製、2459−07型)は、ビーカー底面と、発泡スチロール板との間に置いた。
【0063】
鉄粉混合後20分で最高温度48℃になり、40℃以上の発熱持続時間は3時間であった。
【0064】
実施例3
(還元剤を含む発熱体の試験)
実施例2の食塩水中にアスコルビン酸(和光純薬製)0.3gを溶解した以外、実施例2と同様の実験を行ったところ、鉄粉混合後10分で最高温度44℃になり、40℃以上の発熱持続時間は5時間以上であった。
【0065】
実施例4
(発熱体の試験)
ガラス製ビーカー(直径3.0cm、高さ4.4cm)に実施例1で合成した乾燥感温ハイドロゲル形成性高分子0.50g、活性炭(粉末、和光純薬製)0.30g、および鉄粉(和光純薬製)3.0gの混合物を薬さじでよく撹拌した。次いで、これに5wt%食塩水3.0gを加えて、更に室温でよく撹拌した。該ビーカーを発泡スチロール板(大きさ:20×30cm、厚さ:20mm)上に置き、ビーカー上部は濾紙で覆い、ビーカー底面の温度を熱電対温度計(横河電機社製、商品名:2455型)により経時的に測定した。この際、該熱電対温度計のビーズ型プローブ(横河電機社製、2459−07型)は、ビーカーの底面と、上記発泡スチロール板との間に置いた(室温27℃、湿度64%)。
【0066】
上記により得られた温度データを下記(表1)に示す。表1に示すように、食塩水混合後195分で最高温度(Tm)42.8℃になった。また、0(t0)〜330分(t1)の平均温度(Ta)は、40.1℃であった。したがって、Tm/Taの比は、1.07であった。
【0067】
【表1】

Figure 2004089211
比較例1
(高吸水性樹脂を使用した発熱体の試験)
実施例2の感温ハイドロゲル形成性高分子に変えて、市販の高吸水性樹脂(三菱化学製、ダイヤウェット)0.15gを用いる以外、実施例2と同様の実験を行ったところ、鉄粉混合後20分で最高温度68℃に達し、40℃以上の発熱持続時間は90分であった。
【0068】
比較例2
(高吸水性樹脂と還元剤を使用した発熱体の試験)
比較例1で用いた食塩水(3.0g)中にアスコルビン酸(和光純薬製)0.3gを溶解して用いた以外は、比較例1と同様の実験を行った(室温27℃、湿度70%)。上記により得られた温度データを下記(表2)に示す。表2に示すように、鉄粉混合後60分で最高温度(Tm)65.5℃になった。また、0(t0)〜195分(t1)の平均温度(Ta)は54.5℃であった。したがって、Tm/Taの比は、1.20であった。
【0069】
【表2】
Figure 2004089211
【0070】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、少なくとも水と、ハイドロゲル形成性の高分子とからなり、且つ温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する感温ハイドロゲルを含む感温性発熱体が提供される。
【0071】
上記の構成を有する本発明の感温性発熱体は、発熱部材として、温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する感温ハイドロゲルを含むことを特徴とし、所定温度より高い温度になると、該感温ハイドロゲルから水が放出され、その気化熱によって発熱体を冷却し、発熱体が過度に加熱することを防止する。一方、所定温度より低い温度に冷却されると、該感温ハイドロゲルは外部の水を吸収するので水の蒸発による冷却が抑制され、温度が過度に低下することを防止する。このように、本発明の感温発熱体は、発熱体自身が温度を感知してより精密に発熱温度を制御するので、低温火傷の危険性等を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】感温ハイドロゲルを用いた発熱体1を、袋状部材2内に配置した本発明の態様の一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
1…感温ハイドロゲルを用いた発熱体、2…袋状部材。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating element that can be suitably used for heating or heating a delicate surface with respect to the temperature of a living body or the like, and more specifically, a function of sensing temperature and preventing runaway of an exothermic reaction is referred to as “per se. And a temperature-sensitive heating element. The heating element of the present invention can be particularly suitably used as a heat-sensitive adhesive such as a "disposable body warmer" for use in medicine, medical care, home use, and leisure, a heat-shipping agent, and a heat plaster.
[0002]
[Prior art]
Many of the commercially available so-called "disposable warmers" and "warm heat-shipping agents" currently utilize reaction heat generated during iron air oxidation. The chemical exothermic agent used for these is generally configured to generate heat by combining iron powder, water, salts, activated carbon and the like. Such a chemical exothermic agent is usually enclosed in a storage bag having an air hole and used as the above-mentioned warmer or the like.
[0003]
Conventionally, water retention agents such as wood flour, silica gel, perlite, and vermiculite have been used to retain the water required for the oxidation reaction of iron powder.However, these water retention agents have a small water retention ability and generate heat. Since water evaporates rapidly, there is a drawback in that the duration of heat generation of a warmer or the like becomes short.
[0004]
In order to improve this point, it is common to use a hydrogel such as a crosslinked product of a polyacrylate salt having a high water retention ability, which is recently called a superabsorbent resin, as the water retention agent. In many cases, the control of the heat generation temperature of a heating device such as a warmer is performed by adjusting the components, the composition and the filling amount of the chemical heating agent, or the ventilation holes of the storage bag.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, with the aging society progressing, the number of people who complain of symptoms such as back pain, elbow pain, knee pain, shoulder pain and the like tends to increase. For this reason, warm patches by symptomatic treatment are widely used. However, the conventional heating element utilizing the air oxidation of iron as described above performs temperature control only by controlling the ventilation hole of the storage bag mainly to suppress the oxygen supply amount. Poor control resulted in frequent accidents of so-called "cold burns" (eg, when the skin was exposed to a temperature of about 42 ° C for several hours). The problem of the "low-temperature burn", coupled with the enforcement of the PL Law (Product Liability Law), raises a more serious problem for manufacturers.
[0006]
An object of the present invention is to provide a temperature-sensitive heating element that has solved the above-mentioned disadvantages of the prior art.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a temperature-sensitive heating element that can reliably avoid the danger of low-temperature burns and the like.
[0008]
It is still another object of the present invention to provide a temperature-sensitive heating element capable of sensing the temperature itself and controlling the heating temperature more precisely.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventor has found that, using a thermosensitive hydrogel having a characteristic that the equilibrium water absorption capacity decreases with an increase in temperature, the ingress and egress of water into and out of the hydrogel can be controlled microscopically. However, they have found that they are extremely effective in solving the above-mentioned problems.
[0010]
The temperature-sensitive heating element of the present invention is based on the above findings, and more specifically, a temperature-sensitive heating element comprising at least water and a hydrogel-forming polymer, and whose equilibrium water absorption capacity decreases with increasing temperature. It is characterized by containing a hydrogel.
[0011]
According to the present invention, there is further provided a heating member including a bag-shaped member and a temperature-sensitive heating element disposed inside the bag-shaped member; wherein the temperature-sensitive heating element includes at least water, A heat-generating member is provided, which comprises a thermosensitive hydrogel made of a gel-forming polymer and having a reduced equilibrium water absorption capacity with increasing temperature.
[0012]
In the conventional heating member that controls the heat generation of the heating element by adjusting the air permeability or the ventilation hole of the storage bag of the heating element, it is difficult to precisely adjust the air permeability of the film constituting the storage bag. The exothermicity of the heating element also tended to vary. In particular, when small holes such as pinholes or cracks are present in the storage bag, these small holes and the like are difficult to detect with the naked eye, but the effect is serious. That is, since the heating element itself does not have a function of "temperature control", it is difficult to avoid the danger that the heating element excessively generates heat due to the presence of the micropores or the like, resulting in a serious result (low-temperature burn).
[0013]
On the other hand, in the heating element of the present invention including the temperature-sensitive hydrogel, when the heat generation proceeds and reaches a predetermined temperature, the temperature-sensitive hydrogel is reduced based on a decrease in the equilibrium water absorption capacity of the polymer constituting the gel. , Water is released from the heating element, and the heating element is cooled by the heat of vaporization, thereby preventing excessive heating of the heating element.
[0014]
On the other hand, when the heating element of the present invention is cooled to a temperature lower than the above-mentioned predetermined temperature, the temperature-sensitive hydrogel absorbs external water based on the increase in the equilibrium water absorption of the polymer constituting the gel. The cooling due to the evaporation of water is suppressed, and the temperature is prevented from excessively lowering.
[0015]
As described above, in the temperature-sensitive heating element of the present invention, the heating element itself senses the temperature and controls the heating temperature more precisely, so that the danger of a low-temperature burn or the like can be avoided.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings as necessary. In the following description, “parts” and “%” representing the quantitative ratios are based on weight unless otherwise specified.
[0017]
(Temperature-sensitive heating element)
The temperature-sensitive heating element of the present invention contains at least a temperature-sensitive hydrogel in the heating section, the equilibrium water absorption capacity of which decreases with an increase in temperature. In the present invention, the thermosensitive hydrogel comprises at least water and a hydrogel-forming polymer.
[0018]
The ratio (Tm / Ta) between the maximum temperature (Tm) and the average temperature (Ta) of the thermosensitive heating element of the present invention is preferably 1.15 or less, more preferably 1.10 or less (particularly 1). 0.08 or less). Here, the maximum temperature (Tm) and the average temperature (Ta) of the temperature-sensitive heating element can be suitably measured by the following method.
[0019]
<Method of measuring Tm and Ta>
In a glass beaker (diameter: 3.0 cm, height: 4.4 cm), about 6 g of a heating element (or heating agent) as a sample to be measured is prepared, and the beaker is placed on a styrene foam plate (size: 20 × 30 cm, thickness). : 20 mm). The upper part of the beaker was covered with filter paper (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd., No. 2 filter paper), and the temperature of the bottom of the beaker was adjusted using a bead type probe (2459-manufactured by Yokogawa Electric Corporation) disposed between the bottom and the styrene foam plate. Using a thermocouple thermometer (trade name: 2455, manufactured by Yokogawa Electric Corporation) using a thermocouple thermometer (type: 0455) (the exothermic agent is stirred every 30 minutes). With such a measurement system, immediately after the start of the measurement (t0), even after the exothermic agent is agitated, a remarkable temperature rise (3 ° C. or more) is not observed, and the thermometer indicates 38.5 ° C. (t1). The temperature is continuously measured until).
[0020]
The obtained temperature-time curve (t = t0 to t1) is integrated, and the quotient obtained by dividing the integrated value by the measurement time (t1−t0) is defined as the average temperature Ta. In this temperature-time curve (t0 to t1), the highest temperature is defined as the highest temperature Tm.
[0021]
(Temperature-sensitive hydrogel)
In the present invention, the “hydrogel” refers to a gel containing at least a crosslinked or network structure composed of a polymer and water supported or held (dispersed liquid) in the structure. The “dispersed liquid” held in the crosslinked or network structure is not particularly limited as long as it is a liquid containing water as a main component. More specifically, for example, the dispersion liquid may be water itself, or any aqueous medium such as an aqueous solution and / or a hydrated liquid (for example, a mixed liquid of water and a monohydric or polyhydric alcohol). It may be.
[0022]
The temperature-sensitive hydrogel used in the present invention is composed of a “temperature-sensitive hydrogel-forming polymer” having a property that its equilibrium water absorption capacity decreases with increasing temperature. The thermosensitive hydrogel-forming polymer has a negative temperature coefficient of solubility in water and / or imparts a crosslinked structure to a polymer compound whose aqueous solution has a lower critical solution temperature (Lower Solution, Temperature, LCST). Or can be obtained by introduction. Here, LCST refers to the temperature at which a uniform aqueous polymer solution separates into two phases, an aqueous phase and a polymer phase, due to an increase in temperature (Heskins, M., et al., J. Macromol. Sci. Chem. {A2 (8)}; {1441, {1968).
[0023]
The “temperature-sensitive hydrogel-forming polymer” obtained by crosslinking a polymer compound having an LCST absorbs water in a temperature range lower than the LCST and swells to form a hydrogel. The equilibrium water absorption capacity is reduced, that is, water is discharged to the outside and gradually contracts, and the LCST contracts remarkably discontinuously. This behavior of the thermosensitive hydrogel is observed thermoreversibly, and when the temperature decreases, it absorbs water again and swells. This temperature-dependent driving force of the reversible swelling-shrinking behavior of the hydrogel is attributed mainly to hydrophobic interaction, and is theoretically understood by Tanaka et al. As a volume phase transition phenomenon of the gel (for example, Tanaka, T, et al., Phys. Rev. Lett., 55; 2455, 1985).
[0024]
That is, in the heating element of the present invention including the above-mentioned temperature-sensitive hydrogel as the heating section, when heat generation proceeds and reaches a predetermined temperature, water is released from the temperature-sensitive hydrogel, and the heating element is cooled by the heat of vaporization. This prevents the heating element from being excessively heated. On the other hand, when cooled to a temperature lower than the predetermined temperature, the thermosensitive hydrogel absorbs external water, so that cooling due to evaporation of water is suppressed, and the temperature is prevented from excessively lowering. As described above, the temperature-sensitive heating element of the present invention senses the temperature by itself and controls the heating temperature more precisely, thereby making it possible to avoid the danger of low-temperature burns and the like.
[0025]
(Equilibrium water absorption ratio)
The temperature-sensitive hydrogel used in the present invention is a temperature-sensitive hydrogel having a property that its equilibrium water absorption capacity decreases as the temperature increases.
[0026]
Here, the "equilibrium water absorption capacity" of the thermosensitive hydrogel in a predetermined aqueous medium at a predetermined temperature is measured as follows.
[0027]
An amount (W1 g) of the dried thermosensitive hydrogel-forming polymer is weighed, and an excess amount (for example, 1.5 times or more the expected water absorption of the thermosensitive hydrogel-forming polymer) of the aqueous medium is measured. The thermosensitive hydrogel-forming polymer is allowed to stand in a thermostat at a predetermined temperature for 2 days (48 hours) to swell the thermosensitive hydrogel-forming polymer. After the excess aqueous medium is removed by filtration or centrifugation at the predetermined temperature, the weight (W2 g) of the water-swelled thermosensitive hydrogel is measured, and the equilibrium water absorption capacity in the aqueous medium at the predetermined temperature is determined by the following equation. Ask for.
[0028]
(Equation 1) Equilibrium water absorption ratio = (W2−W1) / W1
The equilibrium water absorption ratio has a substantially constant minimum value at a temperature higher than the LCST, and increases with a decrease in temperature in a temperature range lower than the LCST. In the present invention, it is preferable that the equilibrium water absorption capacity greatly changes in a narrow temperature range. When the equilibrium water absorption capacity at a temperature higher than the LCST (substantially constant minimum value) is set to 1, at a temperature 2 ° C. lower than the LCST. The equilibrium water absorption ratio is preferably 1.2 or more, more preferably 1.5 or more (particularly 2 or more).
[0029]
(Polymer having LCST)
As the “polymer compound having an LCST” in the present invention, for example, a poly N-substituted acrylamide derivative, a poly N-substituted methacrylamide derivative, and a poly N-substituted acrylamide derivative / poly N-substituted methacrylamide copolymer , Polyvinyl methyl ether, polypropylene oxide, polyethylene oxide, etherified methyl cellulose, partially acetylated polyvinyl alcohol, and the like can be suitably used as various copolymers and / or mixtures as necessary.
[0030]
Among these, a poly N-substituted acrylamide derivative or a poly N-substituted methacrylamide derivative, or an N-substituted acrylamide derivative / poly N-substituted methacrylamide copolymer can be particularly preferably used in the present invention.
[0031]
Specific examples of the polymer compound preferably used in the present invention are listed in ascending order of LCST; poly-N-acryloylpiperidine; poly-Nn-propylmethacrylamide; poly-N-isopropylacrylamide; poly-N, N Poly-N-isopropylmethacrylamide; poly-N-cyclopropylacrylamide; poly-N-acryloylpyrrolidine; poly-N, N-ethylmethylacrylamide; poly-N-cyclopropylmethacrylamide; poly-N- Ethyl acrylamide and the like.
[0032]
The above polymer may be a homopolymer (homopolymer), or may be a copolymer of a monomer constituting the polymer and another monomer. As the other monomer constituting such a copolymer, any of a hydrophilic monomer and a hydrophobic monomer can be used.
[0033]
As the hydrophilic monomer, N-vinylpyrrolidone, vinylpyridine, acrylamide, methacrylamide, N-methylacrylamide, hydroxyethyl methacrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxymethyl methacrylate, hydroxymethyl acrylate, having an acidic group Acrylic acid, methacrylic acid and salts thereof, vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, etc., and N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, N, N-diethylaminoethyl methacrylate, N, N-dimethylaminopropyl having a basic group Examples include, but are not limited to, acrylamide and salts thereof.
[0034]
On the other hand, examples of the hydrophobic monomer include acrylate derivatives and methacrylate derivatives such as ethyl acrylate, methyl methacrylate, butyl methacrylate, and glycyl methacrylate; N-substituted alkyl methacrylamide derivatives such as Nn-butyl methacrylamide; and vinyl chloride. , Acrylonitrile, styrene, vinyl acetate and the like, but are not limited thereto.
[0035]
In general, it is possible to increase the LCST by copolymerizing a hydrophilic monomer with the polymer compound, while lowering the LCST by copolymerizing a hydrophobic monomer. It becomes possible.
[0036]
The above-mentioned LCST can be regarded as one of the factors that determine the temperature dependence of the equilibrium water absorption capacity of the hydrogel-forming polymer of the present invention. That is, the dependence of the LCST or the hydrogel equilibrium water absorption capacity on the temperature can be controlled by selecting the “copolymer component” as described above.
[0037]
The LCST of the polymer compound having an LCST used in the present invention can be appropriately selected depending on the purpose of use of the heating element, but is preferably 30 ° C. or more and 70 ° C. or less in the aqueous medium contained in the temperature-sensitive hydrogel. In particular, when it is used for a thermal patch for preventing low-temperature burns, the temperature is more preferably 35 ° C or more and 50 ° C or less, further preferably 40 ° C or more and 45 ° C or less.
[0038]
If the LCST is too low, the thermosensitive hydrogel releases most of the water in a low-temperature environment (for example, in an environment at a temperature of 30 ° C. or lower), and the tendency to inhibit heat generation increases. On the other hand, when the LCST exceeds 70 ° C., the release of water from the thermosensitive hydrogel in a high-temperature environment (for example, an environment at a temperature of 45 ° C. or higher) decreases, and the heat generation suppressing effect becomes insufficient.
[0039]
(Crosslinking)
As a method for imparting or introducing a cross-linked structure to a polymer compound as described above, a method of introducing a cross-linked structure when polymerizing a monomer to give the polymer compound, and after the polymerization of the monomer Although a method of introducing a crosslinked structure is mentioned, in the present invention, any of these methods can be used.
[0040]
The former (crosslinking at the time of monomer polymerization) method can be generally carried out by copolymerizing a bifunctional monomer (or a monomer having three or more functional groups). For example, bifunctional monomers such as N, N-methylenebisacrylamide, hydroxyethyl dimethacrylate, and divinylbenzene can be suitably used.
The latter method (introduction of cross-linking after completion of monomer polymerization) can be usually carried out by forming cross-links between molecules by irradiation of light, electron beam, γ-ray, or the like.
Further, such a latter method is, for example, a method in which a polyfunctional molecule having a plurality of functional groups (for example, isocyanate groups) capable of binding to a functional group (for example, an amino group) in a polymer compound is used as a crosslinking agent. And can be carried out by crosslinking the polymer compound. The equilibrium water absorption of the hydrogel-forming polymer in the present invention (particularly, the equilibrium water absorption in a low temperature region lower than the LCST) depends on the above-mentioned crosslinked structure, particularly the crosslink density. Tends to be larger. The effect of the crosslink density on the equilibrium water absorption ratio in a high temperature region higher than the LCST tends to be relatively small, so that the lower the crosslink density, the greater the temperature dependence of the equilibrium water absorption ratio.
In the former method, for example, by changing the copolymerization ratio of the bifunctional monomer, such a “crosslink density” is used. In the latter method, for example, the irradiation amount of light, electron beam, γ-ray, etc. Can be arbitrarily controlled to a desired degree.に お い て In the present invention, the crosslink density is preferably in the range of about 0.02 mol% to about 10 mol%, more preferably about 0.05 mol to about 4 mol%, as a molar ratio of branch points to all monomers. When a crosslinked structure is introduced by the former method (crosslinking during polymerization), the copolymerization weight ratio of the bifunctional monomer to all the monomers (including the bifunctional monomer itself) is about 0.03 wt. % To about 3 wt. % (More preferably from about 0.05 wt.% To about 1.5 wt.%).
[0041]
When the crosslink density exceeds about 10 mol% in the present invention, the temperature dependence of the equilibrium water absorption ratio of the hydrogel-forming polymer of the present invention becomes small. The effect of water absorption-water release is reduced. On the other hand, when the crosslink density is less than about 0.02 mol%, the mechanical strength of the hydrogel-forming polymer becomes weak, making it difficult to handle, and at the same time, the mechanical properties during the swelling and shrinking process due to temperature change. The likelihood of damage is increased.
The crosslink density (molar ratio of branch points to all monomers) as described above can be quantified by, for example, 13C-NMR (nuclear magnetic resonance absorption) measurement, IR (infrared absorption spectrum) measurement, or elemental analysis. It is possible.
[0042]
(Hydrogel or polymer shape)
The shape of the thermosensitive hydrogel or the hydrogel-forming polymer used in the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the type of the heating element, the method of use, and the like. The shape of the hydrogel or polymer can be various shapes such as microbeads, fibers, films, or amorphous shapes.
[0043]
The size of the hydrogel or the polymer in the present invention is determined by increasing the followability of the process of changing the equilibrium water absorption ratio of the hydrogel-forming polymer with respect to temperature change, that is, the swelling and shrinking process, from the viewpoint of increasing the followability to the temperature. It is preferable to increase the surface area per unit volume of the polymer, that is, to decrease the size per hydrogel or one polymer object (for example, one particle). For example, the size of the hydrogel or polymer in the present invention when dried is preferably in the range of about 0.1 μm to 5 mm, more preferably about 1 μm to 1 mm (particularly about 10 μm to 100 μm).
In the present invention, the “size when dried” of the hydrogel or polymer is the average value of the maximum diameter (maximum dimension) of the hydrogel or polymer (the average value of at least 10 or more measured values). Say. More specifically, in the present invention, the following sizes can be used as the “size when dried”, for example, corresponding to the shape of the hydrogel or polymer.
Microbead shape: Particle size (average particle size)
Fibrous: average length of each fibrous piece
Film shape, irregular shape: Average of maximum size of each piece
In the present invention, in place of the above-mentioned “average value of the maximum value”, the diameter of the “sphere” having a volume equal to the average value of the volume of each piece (the average value when at least 10 pieces are measured) is defined as The hydrogel or polymer may be used as the “size when dried”.
[0044]
(Heating part)
As described above, since the temperature control of the temperature-sensitive heating element of the present invention is based on the absorption and release characteristics of water depending on the temperature of the temperature-sensitive hydrogel, there is no restriction on the configuration / type of the heating section. As long as the member or composition has a conventionally known heat-generating property, it can be used in the present invention without any particular limitation. Examples of such a heat-generating member include a heat-generating member using electricity, a heat-generating member using a dry battery or a solar battery, a paper-like battery, and a chemical heating agent. Among them, a chemical exothermic agent is preferably used in terms of good portability, low cost, and the like.
[0045]
(Chemical exothermic agent)
The “chemical exothermic agent” that can be used in the present invention refers to a compound or composition having a property of generating heat using a chemical reaction. As such a chemical exothermic agent, known chemical exothermic agents can be used without particular limitation as long as the function of the above-mentioned thermosensitive hydrogel is not substantially impaired. From the viewpoint of good portability, low cost, and the like, a chemical exothermic agent utilizing heat of oxidation of iron powder can be suitably used.
[0046]
The composition of such a chemical exothermic agent is a substance system that causes an exothermic reaction in the coexistence of air and water, and among them, an iron powder system, water, and a water retention agent (a reaction aid if necessary). Is preferred. More specifically, iron powder, reduced iron powder (iron powder); activated carbon, charcoal, fiber powder, alumina, silica gel, perlite, vermiculite, sodium chloride, potassium chloride, potassium iodide, potassium thiocyanate, calcium hydroxide , Iron chloride, acetic acid, chloroacetic acid (reaction assistant); water; and a composition in which exothermic raw materials such as superabsorbent resin (water retention agent) are appropriately blended and formulated.
[0047]
The temperature-sensitive hydrogel of the present invention also has functions as water and a water retention agent among them. If necessary, the temperature-sensitive hydrogel may be used in combination with a conventionally known water retention agent. The compounding amount of the thermosensitive hydrogel is preferably about 0.1 to 20 wt%, more preferably about 1 to 10 wt% (particularly about 3 to 5 wt%) of the entire chemical exothermic agent as the thermosensitive hydrogel-forming polymer. Preferably, there is.
[0048]
(salts)
As the chemical exothermic agent, various salts are used as a reaction assistant, but the temperature dependency of the thermosensitive hydrogel may change depending on the type and amount of the salt. This is because, as mentioned above, the LCST behavior is based on hydrophobic interactions. That is, when an ion (salt-out salt) which tends to promote structuring of water coexists, the hydrophobic interaction of the polymer tends to be enhanced and the LCST tends to be reduced as the concentration increases. Conversely, when ions (salt-soluble salts) tending to destroy the structure of water coexist, the hydrophobic interaction of the polymer tends to be weakened with an increase in the concentration, and the LCST tends to increase. In the case of salts having these intermediate properties, the LCST does not change regardless of the amount added.
[0049]
Specific examples include sodium chloride as a salting-out salt, potassium thiocyanate as a salt-soluble salt, and potassium iodide as an intermediate salt. Therefore, the temperature dependency of the temperature-sensitive hydrogel can be controlled by the type and amount of the salt used for the chemical exothermic agent.
[0050]
(Reducing agent)
Furthermore, the present inventors have found that the inclusion of a reducing agent in the thermosensitive hydrogel is extremely effective in controlling the temperature of the chemical exothermic agent.
[0051]
In an embodiment in which such a reducing agent is used in combination, when the heat generated by the oxidation reaction of iron progresses and reaches a predetermined temperature, the reducing agent is released together with water from the thermosensitive hydrogel, and the cooling agent is cooled by the heat of vaporization of water. In addition, the oxidation of iron by the reducing agent acts to prevent the heating element from being excessively heated. On the other hand, when cooled to a temperature lower than the predetermined temperature, the thermosensitive hydrogel becomes
Since the reducing agent is absorbed together with the external water, the cooling and the reduction reaction due to the evaporation of the water are suppressed, and the temperature is prevented from excessively lowering.
[0052]
In addition, when the reducing agent is added, the once oxidized iron is reduced, so that the heat generated by the oxidation reaction can be repeated, and the effect of extending the heat generation duration of the heat generating element is also exerted.
[0053]
As the reducing agent that can be used in the present invention, a known reducing agent can be used without any particular limitation as long as it has a function of inhibiting or suppressing the air oxidation reaction of iron. In the present invention, both a water-soluble reducing agent and a fat-soluble reducing agent can be used, but a water-soluble reducing agent is preferably used because it can be used as a uniform aqueous solution.
[0054]
Examples of the water-soluble reducing agent include, but are not limited to, ascorbic acid (salt), dithionous acid (salt), hydrogen sulfite (salt), hydrogen sulfide, thiourea, cysteine, cystamine, glutathione, and the like. Not something.
[0055]
(Bag-like member)
As described above, since the heating element using the temperature-sensitive hydrogel of the present invention has a temperature control function by itself, it is not always necessary to store the heating element in the “bag-shaped member” when the heating function is exhibited. However, from the viewpoint of ease of handling, manufacture and sale, or safety, it is preferable to arrange or house the heating element of the present invention in a “bag-shaped member”.
[0056]
One example of such an embodiment is shown in the schematic cross-sectional view of FIG. In FIG. 1, a heating element 1 using the temperature-sensitive hydrogel of the present invention is arranged or enclosed in a storage bag 2. In FIG. 1, both ends of the storage bag 2 are sealed by a known means such as a heat seal or an adhesive.
[0057]
In a mode in which the heating action of the heating element 1 is adjusted using the inflow of air, the storage bag 2 is preferably a bag-like member capable of restricting the amount of inflow of air. As a material of such a storage bag 2, a conventionally known material, for example, a material obtained by forming a needle hole in a nonwoven fabric in which polyethylene or the like is laminated as a sealant or a porous film can be used without any particular limitation.
[0058]
As described above, since the basic mechanism of the heat generation control by the conventional ventilation rate restriction and the heat generation control using the temperature-sensitive hydrogel are different, when these two are combined, they contribute synergistically, It is possible to provide a heating element with higher safety.
[0059]
Hereinafter, examples showing the effects of the present invention will be illustrated by comparison with comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0060]
【Example】
Example 1
(Synthesis of thermosensitive hydrogel-forming polymer)
20 g (177 mmol) of N-isopropylacrylamide, 5.39 g (75.9 mmol) of acrylamide, and 0.39 g (2.5 mmol) of N, N′-methylenebisacrylamide were dissolved in 374 mL of distilled water in a 500 mL beaker, and nitrogen was dissolved. At room temperature (25 ° C.) under an air stream, 0.26 g of ammonium persulfate and 0.13 mL of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine were added to carry out polymerization. It gelled about 10 minutes after the start of the reaction, but was left at room temperature for 4 hours. The gel was transferred to a household mixer, and 400 mL of distilled water was added and pulverized. Next, 350 mL of ethanol was added, the mixture was heated to 60 ° C, and the gel was recovered by centrifugation (1,500 rpm, 5 minutes). After vacuum drying, the mixture was pulverized again by a mixer to obtain 22 g of a thermosensitive hydrogel-forming polymer.
[0061]
0.30 g of the dried thermosensitive hydrogel-forming polymer was immersed in 5 wt% saline at a predetermined temperature (various temperatures as described below) for 48 hours to swell, and then centrifuged at the predetermined temperature to remove excess water. After removal of, the weight of the thermosensitive hydrogel was measured to determine the equilibrium water absorption ratio by (Equation 1). The ratio was 30 times (25 ° C), 22 times (35 ° C), 11 times (40 ° C), 6 times. Double (42 ° C), triple (44 ° C),
It was three times (50 ° C.).
[0062]
Example 2
(Test of heating element)
0.15 g of the dry thermosensitive hydrogel-forming polymer synthesized in Example 1 and 0.30 g of activated carbon (powder, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) were placed in a glass beaker (diameter 3.0 cm, height 4.4 cm). Then, 3.0 g of 5 wt% saline was added, and the mixture was stirred well at room temperature. Next, add 3.0 g of iron powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), stir well with a spoonful of scrubs, place on a styrene foam plate (size: 20 × 30 cm, thickness: 20 mm), cover the top of the beaker with filter paper, and bottom the beaker. Was measured over time using a thermocouple thermometer (trade name: 2455 type, manufactured by Yokogawa Electric Corporation) (the exothermic agent was stirred every 30 minutes). At this time, the bead type probe (type 2459-07, manufactured by Yokogawa Electric Corporation) of the thermocouple thermometer was placed between the bottom surface of the beaker and the styrene foam plate.
[0063]
Twenty minutes after the iron powder was mixed, the maximum temperature was 48 ° C., and the duration of heat generation at 40 ° C. or more was 3 hours.
[0064]
Example 3
(Test of heating element containing reducing agent)
When the same experiment as in Example 2 was performed except that 0.3 g of ascorbic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was dissolved in the saline solution of Example 2, the maximum temperature reached 44 ° C. 10 minutes after mixing the iron powder, The exothermic duration over ℃ was 5 hours or more.
[0065]
Example 4
(Test of heating element)
In a glass beaker (diameter 3.0 cm, height 4.4 cm), 0.50 g of the dry thermosensitive hydrogel-forming polymer synthesized in Example 1, 0.30 g of activated carbon (powder, manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and iron A mixture of 3.0 g of powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was thoroughly stirred with a spoonful of medicine. Next, 3.0 g of 5 wt% saline was added thereto, and the mixture was further stirred well at room temperature. The beaker was placed on a styrene foam plate (size: 20 × 30 cm, thickness: 20 mm), the upper part of the beaker was covered with filter paper, and the temperature of the bottom of the beaker was measured with a thermocouple thermometer (trade name: 2455 type, manufactured by Yokogawa Electric Corporation). ) Was measured over time. At this time, a bead-type probe (type 2459-07, manufactured by Yokogawa Electric Corporation) of the thermocouple thermometer was placed between the bottom surface of the beaker and the styrene foam plate (room temperature: 27 ° C., humidity: 64%).
[0066]
The temperature data obtained as described above is shown in the following (Table 1). As shown in Table 1, the maximum temperature (Tm) reached 42.8 ° C. 195 minutes after mixing the saline solution. The average temperature (Ta) from 0 (t0) to 330 minutes (t1) was 40.1 ° C. Therefore, the ratio of Tm / Ta was 1.07.
[0067]
[Table 1]
Figure 2004089211
Comparative Example 1
(Test of heating element using super absorbent resin)
When the same experiment as in Example 2 was performed except that 0.15 g of a commercially available superabsorbent resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Diawet) was used instead of the temperature-sensitive hydrogel-forming polymer of Example 2, iron was obtained. Twenty minutes after the powder was mixed, the maximum temperature reached 68 ° C, and the duration of heat generation at 40 ° C or higher was 90 minutes.
[0068]
Comparative Example 2
(Test of heating element using super absorbent resin and reducing agent)
The same experiment as in Comparative Example 1 was performed except that 0.3 g of ascorbic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved and used in the saline solution (3.0 g) used in Comparative Example 1 (room temperature: 27 ° C., Humidity 70%). The temperature data obtained as described above is shown in the following (Table 2). As shown in Table 2, the maximum temperature (Tm) reached 65.5 ° C. 60 minutes after mixing the iron powder. The average temperature (Ta) from 0 (t0) to 195 minutes (t1) was 54.5 ° C. Therefore, the ratio of Tm / Ta was 1.20.
[0069]
[Table 2]
Figure 2004089211
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a temperature-sensitive heating element including a temperature-sensitive hydrogel composed of at least water and a hydrogel-forming polymer, and having a reduced equilibrium water absorption capacity with increasing temperature. Is done.
[0071]
The temperature-sensitive heating element of the present invention having the above-described configuration is characterized in that the heating member includes a temperature-sensitive hydrogel whose equilibrium water absorption capacity decreases as the temperature rises. Water is released from the temperature-sensitive hydrogel, and the heating element is cooled by the heat of vaporization, thereby preventing the heating element from being excessively heated. On the other hand, when cooled to a temperature lower than the predetermined temperature, the thermosensitive hydrogel absorbs external water, so that cooling due to evaporation of water is suppressed, and the temperature is prevented from excessively lowering. As described above, the temperature-sensitive heating element of the present invention senses the temperature itself and controls the heating temperature more precisely, so that the danger of low-temperature burns and the like can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of the present invention in which a heating element 1 using a temperature-sensitive hydrogel is disposed in a bag-shaped member 2.
[Explanation of symbols]
1. Heating element using thermosensitive hydrogel 2. Bag-shaped member.

Claims (8)

少なくとも水と、ハイドロゲル形成性の高分子とからなり、且つ温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する感温ハイドロゲルを含むことを特徴とする感温性発熱体。A thermosensitive heating element comprising at least water and a hydrogel-forming polymer, and including a thermosensitive hydrogel whose equilibrium water absorption capacity decreases with increasing temperature. 発熱体としての最高温度(Tm)と、平均温度(Ta)との比(Tm/Ta)が1.15以下である請求項1記載の感温性発熱体。The temperature-sensitive heating element according to claim 1, wherein a ratio (Tm / Ta) between the maximum temperature (Tm) as the heating element and the average temperature (Ta) is 1.15 or less. 化学反応を利用して発熱する請求項1または2記載の感温性発熱体。3. The heat-sensitive heating element according to claim 1, wherein the heating element generates heat using a chemical reaction. 前記感温ハイドロゲルが、更に鉄粉を含有する請求項3記載の感温性発熱体。The temperature-sensitive heating element according to claim 3, wherein the temperature-sensitive hydrogel further contains iron powder. 前記感温ハイドロゲルが、更に塩を含有する請求項3または4に記載の感温性発熱体。The temperature-sensitive heating element according to claim 3, wherein the temperature-sensitive hydrogel further contains a salt. 前記感温ハイドロゲルが、更に還元剤を含有する請求項3〜5のいずれかに記載の感温性発熱体。The temperature-sensitive heating element according to any one of claims 3 to 5, wherein the temperature-sensitive hydrogel further contains a reducing agent. 袋状部材と、該袋状部材の内部に配置された感温性発熱体とを含む発熱部材であって;
該感温性発熱体が、少なくとも水と、ハイドロゲル形成性の高分子とからなり、且つ温度の上昇とともにその平衡吸水倍率が低下する感温ハイドロゲルを含むことを特徴とする発熱部材。
A heating member including a bag-shaped member and a temperature-sensitive heating element disposed inside the bag-shaped member;
A heat-generating member, characterized in that the heat-sensitive heating element comprises at least water and a hydrogel-forming polymer, and contains a temperature-sensitive hydrogel whose equilibrium water absorption capacity decreases with increasing temperature.
前記袋状部材が、酸素バリア性のフィルムからなる
請求項7記載の発熱部材。
The heating member according to claim 7, wherein the bag-like member is made of an oxygen barrier film.
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