JP2004533493A - 改善された安定性を有し、泡立ちが少ないアロマ送達組成物 - Google Patents
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Abstract
制御可能な方法で熱を生成するのに特に適している反応混合物。該反応混合物は、分子量が2000〜6000のポリエチレングリコールから作られた水溶性コーティングを有する発熱生成粒子、揮発性構成成分、緩衝剤、消泡剤、並びに任意選択的に水溶液及び増粘剤を包含する。該反応構成成分は共に混合され、該混合物は所定時間内に設定温度まで温度が上昇し、及び該混合物はより長期間、設定温度に留まる。この様式において揮発性構成成分は、周囲の環境に制御可能に放出され得る。該揮発性構成成分は例えば、香料、芳香剤、防虫剤、燻蒸剤、消毒剤、殺細菌剤、殺虫剤、農薬、殺菌剤、ダニ駆除剤、滅菌剤、脱臭剤、曇り剤(fogging agent)、及びこれらの混合物であり得る。本反応混合物を用いる装置及び方法も又、開示される。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、粒子の全てを包む水溶性コーティングを有する発熱生成粒子、揮発性構成成分、消泡剤及び緩衝剤を包含する、改善された安定性及び美観を有する連続相反応混合物に関する。本反応混合物は、制御可能な方法で熱を生成するのに特に適している。水溶液と混合した時、揮発性構成成分は、本発明の反応混合物によって周囲環境に制御可能に放出される。本反応混合物を用いる装置及び方法も又、開示される。
【背景技術】
【0002】
空中浮遊構成成分、例えば芳香剤、防虫剤などを放出する多くの方法がある。例えば香りのろうそくは、空中に望ましいにおいを放出する周知の道具である。香料は本質的に同一の機能を果たすが、アロマは通常香料を燃焼する時に放散される自然のにおいである。即ち香料は通常芳香構成成分の添加を必要としないが、その一方で、香りのろうそくは一般に蝋と芳香剤の混合物である。アロマを放出する燃焼デバイスの更に別の変異型では、ろうそくは液体又はゲルを加熱し、揮発性構成成分を放散するために用いられてきた。その上オイルを燃焼するランプは、光を提供するだけでなく、芳香を放出するために長年にわたって用いられてきた。芳香を放出する燃焼デバイスは周知であるが、こうしたデバイスの大部分は他の空中浮遊構成成分、例えば防虫剤、薬効のある蒸気、例えばユーカリ、及び他の化合物を放出するためにも用いられてきた。
【0003】
あいにく、燃焼デバイスは生得的に安全の問題を起こす。うっかりしてひっくり返され、その結果火事になる可能性もあり、又は無人で放って置かれた場合には多くの燃焼デバイスは土台まで燃えつき、周囲の面に火を付ける可能性もある。その上、煙はいかなる燃焼デバイスにおいても、避けられない副生成物である。一般に燃焼デバイスからの煙は有毒の恐れがあり、そして長期間では健康に問題を起こす可能性がある。このように、こうしたデバイスは空中浮遊構成成分を放出する簡単で安価な方法である一方、問題がないわけではない。
【0004】
空中浮遊構成成分を放出する別の方法は、単に蒸発に頼ることである。例えば空中浮遊構成成分を含有する液体、固体、又はゲル物質はどこにでも設置することができ、長い間に空中浮遊構成成分は蒸発を介して周囲環境に放散する。しかしこのシステムは空中浮遊構成成分の蒸気圧と大気圧との差に頼っている。空中浮遊構成成分の蒸気圧が高すぎると、成分は速く放出され過ぎる。同様に空中浮遊構成成分の蒸気圧が低すぎると、成分の放出は遅すぎ、周囲環境に際立った効果を与えられない。例えば多くの防虫剤は蒸気圧が高いため、蒸発によるだけでは効果的に放出することはできない。このように蒸発デバイスは、放出できる物質の種類において、及びこれらの選択物質を放出し得る速度について、非常に制限がある。
【0005】
空中浮遊構成成分を放出する、僅かにより進歩した装置は、電池又は家庭の電気コンセントからの電力を用いる。これらのデバイスは通常、熱、強制気流、又はその両方を提供して空中浮遊構成成分の放出を促進するために電気を用いる。あいにくこれらのデバイスは、燃焼デバイス及び蒸発デバイスより、作製及び操作が必然的により複雑及び高価である。これらのデバイスは放出を改善する可能性のある一方、複雑さと価格を高める。その上、電池動作式でないデバイスは、電気コンセントを必要とするため、本質的に携帯可能ではない。
【0006】
スプレー及びエアゾールは多種多様な物質を空中に放出し得る。しかしこれらのデバイスは一般に、手動で操作され、及び放出成分を短時間に集中的に放出する。スプレー及びエアゾールは機械的な制御機構が提供されていない限り、物質の長期間の放出にはうまく適さない。こうした機械的制御は高価で、及びこうしたデバイスの携帯性を制限する。
【0007】
周囲空気へ組成物を放出するため、水溶液の添加により開始される自蔵型発熱反応混合物が考慮されてきた。自蔵型発熱反応は燃焼又は電源なしに熱を提供することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
この熱は次には放出したい組成物の蒸発を促進することができる。このようにしてより広範囲の組成物がこの様式にて放出され得る。しかしこれらの反応は1つの実質的問題を有し、それらは制御するのが難しい。例えば自蔵型であり、長期間一定温度で動作する反応システムを設計することは困難である。反応システムの温度を制御せずには、望ましい組成物の放出を制御できないことは自明である。
【0009】
2000年7月13日に出願され本発明の譲受人に共に譲渡された発明の名称「発熱反応を制御するための方法及び反応混合物」(Methods And Reaction Mixtures For Controlling Exothermic Reactions)の同時係属米国特許出願第00/19079号、2000年7月13日に出願され本発明の譲受人に共に譲渡された発明の名称「制御された発熱反応を通じて揮発性構成成分を放出するための多層反応混合物及び装置」(Multi-Layer Reaction Mixtures And Apparatuses For Delivering A Volatile Component Via A Controlled Exothermic Reaction)の同時係属米国特許出願第00/19081号、及び2000年7月13日に出願され本発明の譲受人に共に譲渡された発明の名称「制御された発熱反応を通じて揮発性構成成分を放出するための方法及び装置」(Methods And Apparatuses For Delivering A Volatile Component Via A Controlled Exothermic Reaction)の同時係属米国特許出願第00/1908は、発熱反応の反応速度を制御するために発熱粒子の一部に水溶性コーティングを使用するシステムを開示しており、これらをすべて本明細書に参考文献として組み込む。ただし、本発明はこれらの以前の開示に大幅な改善を提供する。水溶性コーティング内での発熱粒子の移動を排除し、発熱反応中の泡の存在を減少する反応混合物の必要性がなお存在する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、以下の反応構成成分を含む連続相反応混合物を指向する:粒子の全てを包む水溶性コーティングであって2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール(PEG)及びその混合物を含む水溶性コーティングを含む発熱生成粒子、緩衝剤、消泡剤、並びに揮発性構成成分。任意選択的に、反応構成成分は、増粘剤、水溶液、又はこれらの混合物から成る群から選択される任意構成成分を更に含む。
【0011】
本発明の一つの態様では、反応構成成分は共に混合され、反応混合物の温度は、約35℃より高く約75℃未満である設定温度まで、20分以内に上昇する。より好ましくは、反応混合物は、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、及び最も好ましくは少なくとも約80分間は、設定温度の10℃以内に留まる。本発明は、水溶性コーティングが反応構成成分を包む連続相を有する。該連続相は、改善された保存安定性を提供する一方で、なお上述のような所望の特性を得る。
【0012】
本発明の発熱生成粒子は好ましくは非複合性金属、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属水素化物、及びこれらの混合物から成る群から選択される。この金属は、ベリリウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、及びこれらの混合物から成る群から選択される。
【0013】
本発明では更に、2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングで完全に包まれた発熱生成粒子を提供する工程と、緩衝剤、消泡剤、揮発性構成成分をいずれかの任意構成成分と共に提供する工程と、当該組合わせを水溶液に添加する工程を含む、熱を生成するための方法が提供される。
本発明の更に別の態様においては、容器及び以下の反応構成成分を含む、熱を生成するための装置が提供される:2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングで完全に包まれた発熱生成粒子、揮発性構成成分、緩衝剤、消泡剤、水溶液、及び任意選択的に増粘剤。
【0014】
本発明の第一の改善は、24時間を超えて保存した時に、保存後の反応開始時間を短く(即ち20分未満)するために、水溶性コーティングと発熱粒子との分離を防止する連続層システムを提供することである。本発明は、これらの改善を、水溶性コーティングとして使用するポリエチレングリコールの分子量を増大することによって実現する。
【0015】
本発明の第二の改善は、消泡剤の添加によって、発熱反応組成物の発泡の存在を減少することである。過去の発熱反応組成物においては、発熱反応組成物の使用中に発泡高さが最大15mmに達し、美観を損なうことがあった。
【0016】
本発明の方法及び装置は、制御可能な方法で周囲空気に組成物を放出する、携帯可能な及び安価なやり方を提供する。本デバイスは、長期間制御可能な方法で動作する一方で、比較的小型であり得る。例えば、反応混合物は構成成分を長時間周囲環境に比較的制御された速度で放出するように設計され得る。
【0017】
本発明の装置はさまざまな有用化合物を周囲の空気、及び衣類、カーペット、ペット、皮膚、及び他の多くの面に放出するために用いることができる。その上、本発明の装置は、美的な資質を高めるために、そして最終的には装置利用者の総合的体験を向上させるために色及び光を組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本明細書は、本発明を特定して指摘し明確に請求する請求の範囲をもって結論とするが、本発明は添付の図面と組み合わせた次の好ましい実施形態の説明により、よりよく理解されるものと思われる。
【0019】
上述のように、本発明は、以下の反応構成成分を含む改善された反応混合物を指向する:2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物であって粒子を完全に包む水溶性コーティングを含む発熱生成粒子、緩衝剤、消泡剤、及び揮発性構成成分。任意選択的に、反応構成成分は、増粘剤、水溶液、又はそれらの混合物を更に含む。反応混合物は制御可能な方法で熱を発生するために用いることができ、これは次には制御された方法での揮発性構成成分の放散を助ける。本明細書において教示される反応混合物を使用する装置も又開示される。
【0020】
本明細書で使用する時、「連続相」は、反応混合物全体に1つの可視層が存在することを意味すると定義される。これは、2つ又はそれ以上の層の目に見える別個の成層が存在する多層反応混合物とは異なる。
【0021】
(反応混合物)
本発明の1つの態様において、連続相反応混合物は、水溶性コーティング中に懸濁された反応構成成分を混合して、発熱生成粒子と水溶液との間の発熱反応を開始することによって形成される。発熱反応は熱を生成し、これにより、反応混合物の温度を上昇させる。熱、より正確には反応混合物の上昇した温度は、反応混合物からの揮発性構成成分の放散を助ける。理解されるであろうが、後述の発熱生成粒子の水溶性コーティングは、発熱反応の速度、及び生成された熱を制御するために用いることができる。反応混合物により生成された熱の量を、いかなる外部からの制御もなしに、制御する能力により、揮発性構成成分の制御された放出が可能になる。
【0022】
当業者には周知であるが、化学反応は制御するのが困難である。バッチ方法と仮定し、熱力学的考察を別とすると、発熱化学反応の速度は主として反応混合物の温度及び濃度によって決まる。外部からの制御がない場合、発熱反応混合物の温度は反応の初期段階において急速に上昇する。これは主に、反応物質の濃度がその最高濃度にあること、及び反応が進むにつれて熱が発生され、これが反応混合物の温度を上げ、次にはこれが反応速度を高めること、という2つの要因による。反応物質が使い果たされるにつれて反応は遅くなり、反応混合物の温度を急勾配で下げる原因となる。
【0023】
この効果は図1に図示され、具体的には、線「A」が非制御の発熱反応混合物の温度を時間の関数として示している。図1については後に更に詳細に説明するが、図1は本発明により扱われた1つの問題を明らかに示している。即ち、図1の線「A]で表された反応物質の温度は、かなり変動し、比較的短時間で終了する。その上、温度変化の速度はほとんど全く一定ではない。
【0024】
後に詳細に示すように、発熱生成粒子を水溶性コーティングで被覆することによって、比較的長い時間にわたって制御された熱を提供するように発熱反応混合物を設計することができる。別の制御スキームは当業者によって容易に設計でき、例えば、温度が次第に上昇し、目標温度範囲が比較的長時間にわたって維持される所に反応混合物を設計できる。他の制御スキームは以下の詳細に基づき明らかになる。
【0025】
1つのこうした制御スキームにおいて、反応混合物は、反応構成成分を混合して発熱反応を開始することにより調製される。反応混合物の温度は、約35℃より高く約75℃未満、好ましくは約35℃〜60℃の設定温度に、約30分未満以内で、好ましくは約20分未満以内で上昇する。好ましくは、反応混合物は設定温度の15℃以内、より好ましくは10℃以内に、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、及び最も好ましくは少なくとも約80分間留まる。「以内に留まる」という言葉は、本明細書で使用する時、「±」と同一のことを意味することが理解される。例えば、50℃の設定温度の「10℃以内に留まる」とは温度が40℃〜60℃の間を変動できることを意味する。この制御スキームは、図1に、線「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」によって図示されている。
【0026】
図1は、先行技術による1つの「非制御の」発熱反応(「A」)を、本発明による3つの「制御された」反応(「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」)と比較して表示している。反応構成成分、及び結果として生じた反応混合物は表1に示され、表2に要約されている。表に示すように、マグネシウム粉末が発熱生成粒子として用いられ、及びクエン酸緩衝剤が用いられている。反応混合物「A」の発熱生成粒子はコーティングされておらず、一方反応混合物「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」の発熱生成粒子は、異なる分子量のポリエチレングリコールでコーティングされた発熱粒子を包含する。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
発熱粒子と緩衝剤の比は、各反応混合物でおよそ1:6.5(重量/重量)に維持された。典型的な非制御の発熱反応をより明白に示すため「A」については発熱粒子及び緩衝剤の量を増大した。「A]は100.0グラムの水に添加され、「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」は55.0グラムの水に添加された。上で簡単に述べたように、線「A」は非制御の発熱反応の温度対時間の典型的なグラフである。温度は最初に65℃より大きい最高値まで急速に上昇する。次いで反応構成成分が消費されるにつれて、温度は対数曲線に沿って下降し始める。そしておよそ35分以内に、反応物質は初期温度(室温)の5℃以内まで冷却されている。
【0029】
全く反対に、図1の線「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」によって表される反応混合物は、約20分以内に約50℃の設定温度まで上昇する。その後、反応混合物は、少なくとも約80分間は設定温度の10℃以内に留まる。
【0030】
図1に描かれた制御スキームは、即ちこの場合、反応混合物は設定温度まで上昇し、その温度は長時間比較的一定に留まるが、本発明により対象とされる多くの可能な制御スキームのうちの僅か1つに過ぎないことが理解される。
【0031】
(反応構成成分)
次に反応構成成分を考えると、反応構成成分は、2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングによって完全に包まれた発熱生成粒子;揮発性構成成分、消泡剤、及び緩衝剤を包含する。好ましくは、反応構成成分は、増粘剤及び水溶液、又はそれらの混合物を更に含む。
【0032】
(消泡剤)
本発明は、水溶液の添加時に保存される反応混合物の上部での泡の出現を減少することにおいて改善を提供する。理論に制限されないが、保存中に発熱反応混合物中の揮発性構成成分の化学的分解が生じ、それが以下の実施例2に示すような混合物の反応中の泡の出現を招くと考えられている。
【0033】
好適な消泡剤は、少なくとも水分散性であり、好ましくは水溶性であり、及び水そのものを含有しない。消泡剤は、いかなる既知の消泡化合物でもよく、例えば、シリコーン消泡化合物、アルコール消泡化合物、軽質石油(light petroleum)無臭炭化水素、脂肪酸エステル、脂肪族C18〜C40ケトン、及び非イオン性ポリヒドロキシル誘導体、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【0034】
本明細書においてシリコーン消泡化合物は、シリコーン構成成分を包含するいずれかの消泡化合物として定義される。かかるシリコーン消泡化合物は典型的にはシリカ構成成分も含有する。本明細書及び産業界一般で使用する時、「シリコーン」という用語は、ポリオルガノシロキサンオイルなどの、さまざまなシロキサン単位及びヒドロカルビル基を含有するさまざまな比較的高分子量のポリマーを含んでなるが、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリオルガノシロキサンオイル又は樹脂の分散体又はエマルジョン、及びポリオルガノシロキサンとシリカ粒子の組み合わせ(ポリオルガノシロキサンはシリカに化学吸着又は融合している)などである。
【0035】
本明細書において炭化水素は、約12〜約70の炭素原子を有する脂肪族、脂環族、芳香族、及び複素環の飽和又は不飽和の炭化水素として定義される。本議論で使用される時、用語「パラフィン」は、純パラフィンと環状炭化水素の混合物を包含することを意図する。
【0036】
消泡剤の濃度は、約0.005%〜約5%、好ましくは0.01%〜約3%、及び最も好ましくは約0.05%〜約2%である。
【0037】
(水溶性コーティング)
反応混合物の温度を時間の関数として制御することは本発明の目的の1つであり、制御は主として発熱生成粒子をコーティングすることにより達成される。いかなる1つの理論によっても制約されることを望まないが、コーティングされた発熱生成粒子はコーティングが溶解するまで水溶液と反応することができないと考えられている。発熱生成粒子のコーティングが溶解し始めると、暴露された粒子は反応を開始し、熱を生成する。反応混合物中の水溶性コーティング物質の濃度は、反応混合物の約3重量%〜約70重量%、好ましくは約5重量%〜約65重量%、より好ましくは約8重量%〜約60重量%である。
【0038】
本発明の水溶性コーティングは、2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む。600という低分子量を有するポリエチレングリコールは、室温で、発熱粒子が容器の底に移動することから望ましくない液体状態にあることが見出されている。これは次に、発熱反応の開始を遅らせる。600〜2000の分子量を有するポリエチレングリコールを含む水溶性コーティングは、発熱反応粒子が保存時に移動する傾向をやはり示すことが見出されている。6000を超える高い分子量のポリエチレングリコールは、60℃を超える融点を有することが既知であり、高融点は本発明において揮発性構成成分の添加を妨害すると考えられている。ポリエチレングリコールの融点が高すぎる場合、揮発性構成成分は、液体の形態の時に水溶性コーティングとの混合時に揮発し、それによって混合物から揮発性構成成分を除去する。
【0039】
コーティングは発熱生成粒子にいかなる適切な手段により適用され得る。最も簡単な方法はコーティング物質を柔らかく又は融解して発熱生成粒子の所望の量と混合することである。
反応混合物の発熱生成粒子をコーティングすることは必要である一方、揮発性構成成分、消泡剤、緩衝剤、及び任意構成成分(後述)は、該発熱生成粒子と共にコーティングすることもでき、又は発熱生成粒子と別個にコーティングすることもできる。これらの選択の組み合わせは又多くの場合受容できる結果を生み出す。このため発熱生成粒子ではなくコーティング構成成分が配合者の特権である。
【0040】
追加のコーティング物質を、水溶性コーティングの約10.0重量%まで、好ましくは水溶性コーティングの約5.0重量%まで、及び最も好ましくは約2.0%までの少量で添加してもよい。追加のコーティング物質については、上述で援用した文献を参照いただきたい。
【0041】
(緩衝剤)
本発明の反応混合物は、必須構成成分として緩衝剤を包含する。緩衝剤は、発熱反応の加速又は減速、及び反応の終わりにおけるpH制御のようなさまざまな利益を提供し得る。緩衝剤のレベルは、反応終了後の発熱粒子塩の沈澱出現時間を遅らせることができることも見出されている。
【0042】
特定の発熱生成粒子はその他のものより速く反応することがあることは周知である。緩衝剤は反応混合物の速度を上げたり下げたりすることができる。しかしながら、緩衝剤が存在したとしても、非制御発熱反応は、図1の線「A」により描かれる時間対温度曲線に通常従うことは理解される。このように緩衝剤は反応混合物に都合のよい熱力学的環境を提供するように働くが、緩衝剤は反応の時間対温度特性を制御しない。pHについては、反応の間及び終わりの両方においてpHを制御することは多くの場合望ましい。反応中、反応の速度を上下することができる緩衝剤の量を調節することによって、pHは上述のような好ましい発熱力学的環境に寄与することができる。緩衝剤は、発熱反応が終了に近づいている時に反応混合物の最終pHを調節することもできる。特定のpHにおいては反応生成物が反応終了後に沈殿するため、最終pHは重要である。緩衝剤の量を増やすことによって、沈澱の出現を最大7日間遅らせることができる。ただし、緩衝剤の増量は、反応速度が大幅に上昇しないように制御しなければならない。発熱粒子と緩衝剤の比1:6.5(重量/重量)は、反応終了後の発熱粒子塩の沈澱を遅らせるのに好ましい能力を示すことが見出されている。とにかく緩衝剤は本明細書に開示された反応混合物の配合者を助けることがある。
【0043】
好ましくは緩衝剤が本発明の反応混合物中に存在する場合は、発熱生成粒子と緩衝剤の重量比は、200:1〜1:200、好ましくは50:1〜1:50、より好ましくは10:1〜1:10の範囲である。及び緩衝剤は好ましくは、クエン酸、リンゴ酸、フマル酸、コハク酸、酒石酸、ギ酸、酢酸、プロパン酸、酪酸、吉草酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、グリコール酸、アスパラギン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、グルタミン酸、乳酸、ヒドロキシアクリル酸、α−ヒドロキシル酪酸、グリセリン酸、タルトロン酸、サリチル酸、没食子酸、マンデル酸、トロパ酸、アスコルビン酸、グルコン酸、ケイ皮酸、安息香酸、フェニル酢酸、ニコチン酸、カイニン酸、ソルビン酸、ピロリドンカルボン酸、トリメリット酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、リン酸二水素カリウム、亜硫酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、ピロ亜硫酸水素ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸カリウム、スルファミン酸、オルトリン酸、ピロリン酸、及びこれらの混合物から成る群から選択される。
【0044】
(発熱生成粒子)
本発明の発熱生成粒子は、好ましくは非複合性金属、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属水素化物、及びこれらの混合物から成る群から選択される。この金属は、ベリリウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、及びこれらの混合物から成る群から選択される。これらの粒子は又、水酸化ベリリウム、酸化ベリリウム、酸化ベリリウム一水和物、水素化リチウムアルミニウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、及びこれらの混合物から成る群から選択されてもよい。反応混合物中の発熱生成粒子の濃度は、反応混合物の約3重量%〜約60重量%、好ましくは約5重量%〜約55重量%、及びより好ましくは約8重量%〜約50重量%である。
【0045】
発熱生成粒子(コーティングなし)が、約10ミクロン〜約1000ミクロン、好ましくは約100ミクロン〜約500ミクロン、及びより好ましくは約200ミクロン〜約400ミクロンの平均粒径を有することは必要ではないが好ましい。
【0046】
(揮発性構成成分)
本明細書に開示される反応混合物は必須構成成分として揮発性構成成分を包含し、それは、好ましくは香料、芳香剤、防虫剤、燻蒸剤、消毒剤、殺細菌剤、殺虫剤、農薬、殺菌剤、ダニ駆除剤、滅菌剤、脱臭剤、曇り剤(fogging agent)、及びこれらの混合物から成る群から選択される。反応混合物中の揮発性構成成分の濃度は、反応混合物の約0.01重量%〜約20重量%、好ましくは約0.1重量%〜約15重量%、及びより好ましくは約0.5重量%〜約10重量%である。
【0047】
「揮発性構成成分」とは本明細書で使用する時、発熱反応の間に本発明による反応混合物から周囲環境に放散されるいかなる化合物をも意味する。「揮発性」という言葉は構成成分の蒸気圧又は沸点についていかなる制限も課さない。例えば多くの優れた芳香剤は水の沸点を優に上回る沸点を有するが、他の芳香剤は水より低い沸点を有する。芳香剤の両型とも本発明による発熱反応の間に放散する場合は、「揮発性構成成分」の定義の中に分類される。しかしながら水溶液は、たとえ水溶液の一部が発熱反応の間に放散するかもしれないとしても、揮発性構成成分と必ずしもみなせるとは限らない。
【0048】
芳香剤は本発明の反応混合物に用いるのに好ましい揮発性構成成分であり、好ましい芳香剤はムスクオイル、シベット、カストレウム、アンバーグリース、植物香料類、ビャクダンオイル、ネロリオイル、ベルガモットオイル、レモンオイル、ラベンダーオイル、セージオイル、ローズマリーオイル、ペパーミントオイル、ユーカリオイル、メントール、カンファー、バーベナオイル、シトロネラオイル、カウアウトオイル(cauout oil)、サルビアオイル、クローブオイル、カモミールオイル、ビャクダンオイル、コスタスオイル、ラブダナムオイル、エニシダ抽出物、キャロットシード抽出物、ジャスミン抽出物、ミモザ抽出物(minmosa extract)、スイセン抽出物、オリバナム抽出物、バラ抽出物、アセトフェノネン、ジメチルイナデイン(dimethylinadane)誘導体類、ナフタリン誘導体類、カプリン酸アリル、α−アミルシンナミックアルデヒド、アネトール、アニスアルデヒド、酢酸ベンジル、ベンジルアルコール、プロピオン酸ベンジル、ボルネオール、酢酸シンナミル、シンナミルアルコール、シトラール・シトロネラール(citral citronnellal)、クミンアルデヒド、シクラメンアルデヒド、デカノール、酪酸エチル、カプリン酸エチル、ケイ皮酸エチル、エチルバニリン、オイゲノール、ゲラニオール、エキセノール(exenol)、α−ヘキシルシンナミックアルデヒド、ヒドロキシシトロネラール、インドール、酢酸イソアミル、イソアミル−イソバレラテク(iso-valeratek)イソオイゲノール、リナロール、酢酸リナリル、p−メチルアセトフェノン、アントラニル酸メチル、メチルジヒドロジャスモナート(methyl dihydroasmonate)、メチルオイゲノール、メチル−β−ナフトールケトン、メチルフェニルカルビニルアセテート、ムスクケトール、ムスクキシロール,2,5,6−ナノジノール(nanodinol)、γ−ナノラクトン、フェニルアセトアルデヒドジメチルアセテート、β−フェニルエチルアルコール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、γ−ウンデカラクトン、ウンデセナール、バニリン、及びこれらの混合物から成る群から選択される。
【0049】
(水溶液)
本発明の反応混合物の任意構成成分は水溶液である。水溶液は反応混合物において2つの機能を果たす。具体的には、水溶液は発熱粒子の水溶性コーティングを溶解し、そして次いで発熱生成粒子と反応して熱を発生する。水溶液の量についてはかなり柔軟性があることは理解される。コーティングを溶解し、及び発熱粒子と反応するために十分な量の水溶液が存在しなくてはならないが、過剰の水溶液は多くの場合受容可能であり、及び望ましいことさえもある。実際に過剰の水溶液は反応システムにおけるヒートシンクとして働く。この収容力において水溶液はある状況では所与の反応システムの最高温度を制御するために用いられ得る。しかしながら水溶液は一般的に、上述の反応システムの時間対温度曲線を制御するために有用でない。このため当業者は所与の反応システムに対する水溶液の適量を選択することができる。
【0050】
最も一般的な、そして最も好ましい水溶液は水、及び水を含有する溶液である。一価アルコール及び他の低分子量液体は本発明に用いるのに好適である。「水溶液」についての唯一の評価基準は、それが上述の水溶性コーティングを溶解すること、及びそれが選択された発熱生成粒子と反応することである。反応混合物中の水溶液の濃度は、反応混合物の約30重量%〜約97重量%、好ましくは約50重量%〜約95重量%、及びより好ましくは約60重量%〜約90重量%である。
【0051】
(他の成分)
本発明の反応混合物は任意構成成分として他の成分を含んでもよい。これらの任意成分は、増粘剤又は視覚増進剤であることができる。
増粘剤の使用は、反応初期の20〜30分の発熱反応の速度を更に制御するために使用することができる。図1の反応「A]に示されているように、発熱反応は、反応初期に「ピークに達する」性質であることから、反応の初期段階は制御にきわめて重要である。理論に制限されないが、増粘剤は発熱反応構成成分の粘度を増大し、水溶液の発熱粒子への移動を遅くすると考えられている。反応混合物中に存在する場合、増粘剤の濃度は、約0.005%〜約5%、好ましくは約0.01%〜約3%、及びより好ましくは約0.05%〜約2%である。増粘剤は、少なくとも水分散性であり、好ましくは水溶性であり、水そのものを全く含有しないことが必要である。増粘剤は、ポリアクリル酸、キサンタンガムのようなゴム類、セルロース、エトキシル化セルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、粘土、シリカ、及びこれらの混合物から成る群から選択される。好ましい増粘剤は、BFグッドリッチ(BFGoodrich)によってカーボポール(CARBOPOL)956の商標名で販売されているポリアクリル酸である。
【0052】
視覚増進剤は、染料、化学発光剤、蛍光剤、真珠光沢剤、及びこれらの混合物から成る群から選択される。視覚増進剤は、ホタルルシフェラーゼ、アデノシン三リン酸塩、エチレングリコールジステアケート、及びこれらの混合物から成る群からより好ましくは選択される。これらの視覚増進剤は反応混合物を色付けする、「輝かせる」、又は他の視覚的に満足する効果を提供するために用いられ得る。反応混合物中に存在する場合、視覚増進剤の濃度は反応混合物の約0.01重量%〜約30重量%、好ましくは約0.1重量%〜約20重量%、及びより好ましくは約0.5重量%〜約15重量%である。
【0053】
(装置)
本発明の更に別の態様においては、熱を生成するための装置が提供され、該装置は容器及び以下の反応構成成分を含む:2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングであって粒子の一部を包む水溶性コーティングを含む発熱生成粒子、揮発性構成成分、及び緩衝剤。装置は任意選択的に、水溶液を更に含む。本発明の装置に用いられる反応構成成分は上述のものと同一である。本発明の装置は、好ましくは発熱反応がその中で行われる、自蔵型及び携帯可能なデバイスである。好ましくは装置の容器は、発熱反応の間に放散される揮発性構成成分を排出する、少なくとも1つの穴又は開口部を有する必要がある。その上容器は発熱反応の最高温度に耐え得る物質により構築されている必要がある。反応の最高温度は35℃ほどの低さであれば、多くの物質がこの要件を満たすが、更に高温度の反応は更に高い温度許容度を必要とすることがある。ガラス、プラスチック、発泡スチロール、金属、液体不浸透性の紙、及び多くの他の物質が本発明に用いるのに好適である。容器は、好ましくは清潔で、透明、又は半透明であり、不透明の容器はそれほど好ましくはないが、本明細書に用いるのに好適である。本発明の装置内では、発熱生成粒子は乾燥粉末、又は均一な水溶性コーティング中に懸濁した形態であり得る。
【0054】
図2は本発明による装置10の概略図である。装置10は、容器12及び反応混合物20を含み、反応混合物20は、水溶性コーティング24を備える発熱生成粒子22を包含する。反応混合物20は緩衝剤粒子26及び水溶液28を更に含む。揮発性構成成分30は反応混合物20全体において乳化液滴として現れるが、揮発性構成成分30は又、水溶液28に溶解するか又はコーティング24に混和され得る。容器12は、光源及び電源を収容するベースに着座してもよい(ベース、光源、及び電源は示されていない)。
【0055】
本発明の装置の中で用いられる反応混合物は上述のように制御可能である必要がある。即ち、反応構成成分が本発明の装置内で共に混合された時に、反応混合物の温度が約35℃より高く約75℃未満である、好ましくは約35℃〜60℃である設定温度まで、約20分未満以内に上昇する必要がある。好ましくは、装置内の反応混合物は、設定温度の15℃以内、好ましくは10℃以内に、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、及び最も好ましくは少なくとも約80分間留まる。
【0056】
本発明の1つの好ましい実施形態において、装置は光源を包含する。任意選択的に色付きの光を提供し得る光源は、装置の視覚的効果を高めるために用い得る。その上光源に追加して、上述のように視覚増進剤を反応混合物に使用してもよい。光源は視覚増進剤を強調するために、又は単に装置を「ライトアップ」するために用いられ得る。光源は電池式、太陽電池式などであり得る。一般には好ましくないが、光源は外部電源、例えば電気コンセントを電源とすることもできる。本発明の装置は好ましくは携帯可能であり、このため外部電源を使用することは携帯性を制限することがある。光源は容器内に、又は容器外側に隣接して存在することも可能である。光源が容器内に設置される場合は、光源及びその電源を液体不浸透性の仕切り内に包み込み、デバイスを水溶液から遮断することが好ましい。好ましくは容器は、容器を支持すると共に、光源のための覆いを提供するベース上に存在する。
【0057】
光源は反応混合物に幾らかの熱を与えることもあるが、それは望ましい機能ではない。その上多くの電池式作動デバイスは低い電圧で作動し、ほとんど熱を発生しない。このように光源は制御機構として機能することを目的としない。
【0058】
本発明の装置に用いる1つの特に好ましい光源は、発光ダイオード(「LED」)である。LEDは当該技術分野において周知であり、これらのデバイスの例は、例えば1999年10月5日にハベル(Havel)に発行された米国特許第5,963,185号、及び1999年8月17日にホルム(Holm)らに発行された米国特許第5,940,683号の中に見出すことができる。ハベル(Havel)及びホルム(Holm)らの特許の全体の開示は本明細書に参考文献として組み込まれる。LEDは単一の源から多数の色を提供する小型のデバイスである。このように1つのデバイスから多様な色が反応混合物に照射され、利用可能な視覚的効果の範囲を広げることができる。これらのデバイスは、低い電圧で動作するという追加の利益を有し、小型電池又は太陽電池のセルしか必要としない。
【実施例1】
【0059】
以下の実施例は本発明の反応混合物を示すが、必ずしも本発明の範囲を限定したり、あるいは定義しようとするものではない。
【0060】
(実施例1)
発熱生成粒子をコーティングする方法
発熱生成粒子はポリエチレングリコール(PEG)により以下のようにコーティングされる。最初に、ガラスビーカーにPEG2000を加え、約50℃±5℃で溶融するまで加熱する。次に、機械攪拌で混合物を50℃±5℃に維持しながら、溶融したPEGにゆっくりマグネシウムを添加する。第三に、クエン酸を混合物にゆっくりと加え、機械攪拌を継続して混合物を50℃±5℃に維持する。最後に、混合物に揮発性構成成分を添加し、継続的に攪拌して混合物を50℃±5℃におよそ10分間維持する。混合物をプラスチックカップに加え、静かに軽く叩いて混合物を均一にする。直ちにフィルムでカップを密閉し、−10℃で少なくとも60分間維持する。
【0061】
(実施例2)
以下の表3は、40℃/75%RHで3日間保存された3つの異なる処方に生じた泡の高さを示す。処方Aは、いかなる消泡構成成分も含有せず、最初の5分以内に泡が出現し、高さが13分後に最高の15mmに達するまで増えつづけている。処方B及びCはいずれも消泡構成成分を含有し、使用した消泡剤はポリジメチルシロキサンを4.25%、SiO2を0.75%、及びPEG8000を95%含み、ヘテレン(Heterene)によってブルー・エーイー・コフレーク(BLUE AE COFLAKE)の商標名で販売されている。消泡剤の添加の結果、泡の出現が25分遅れ、泡の最大高さが2mm以下に減少している。
【0062】
【表3】
消泡剤の濃度は、PEG8000の比率が高いために発生すると考えられる表3で使用された消泡剤の場合のように、反応速度の低下が発生しないように制限する必要がある。消泡剤の濃度は又、反応終了時に残渣を残さないように制限する必要がある。消泡剤の濃度は、約0.005%〜約5%、好ましくは0.01〜約3%、及び最も好ましくは約0.05%〜約2%である。
【0063】
(実施例3)
【0064】
【表4】
本発明は、連続層システムを使用できるようにポリエチレングリコールの分子量を増大することによって、目標温度に到達するのに必要な時間を改善する。PEGの分子量が高いほど、発熱粒子が保存中の移動を妨害される、より粘稠な媒質を与える。本発明は、表4の処方で実証されているように、50℃で24〜36時間保存された。2層システムで示された粒子の移動は起こらず、本発明の反応は、20分以内に設定温度に到達する。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】設定温度約50℃で本発明に記載の反応混合物を使用した3つの制御された反応及び非制御反応を示すグラフである。
【図2】本発明による装置の概略図である。
【0001】
本発明は、粒子の全てを包む水溶性コーティングを有する発熱生成粒子、揮発性構成成分、消泡剤及び緩衝剤を包含する、改善された安定性及び美観を有する連続相反応混合物に関する。本反応混合物は、制御可能な方法で熱を生成するのに特に適している。水溶液と混合した時、揮発性構成成分は、本発明の反応混合物によって周囲環境に制御可能に放出される。本反応混合物を用いる装置及び方法も又、開示される。
【背景技術】
【0002】
空中浮遊構成成分、例えば芳香剤、防虫剤などを放出する多くの方法がある。例えば香りのろうそくは、空中に望ましいにおいを放出する周知の道具である。香料は本質的に同一の機能を果たすが、アロマは通常香料を燃焼する時に放散される自然のにおいである。即ち香料は通常芳香構成成分の添加を必要としないが、その一方で、香りのろうそくは一般に蝋と芳香剤の混合物である。アロマを放出する燃焼デバイスの更に別の変異型では、ろうそくは液体又はゲルを加熱し、揮発性構成成分を放散するために用いられてきた。その上オイルを燃焼するランプは、光を提供するだけでなく、芳香を放出するために長年にわたって用いられてきた。芳香を放出する燃焼デバイスは周知であるが、こうしたデバイスの大部分は他の空中浮遊構成成分、例えば防虫剤、薬効のある蒸気、例えばユーカリ、及び他の化合物を放出するためにも用いられてきた。
【0003】
あいにく、燃焼デバイスは生得的に安全の問題を起こす。うっかりしてひっくり返され、その結果火事になる可能性もあり、又は無人で放って置かれた場合には多くの燃焼デバイスは土台まで燃えつき、周囲の面に火を付ける可能性もある。その上、煙はいかなる燃焼デバイスにおいても、避けられない副生成物である。一般に燃焼デバイスからの煙は有毒の恐れがあり、そして長期間では健康に問題を起こす可能性がある。このように、こうしたデバイスは空中浮遊構成成分を放出する簡単で安価な方法である一方、問題がないわけではない。
【0004】
空中浮遊構成成分を放出する別の方法は、単に蒸発に頼ることである。例えば空中浮遊構成成分を含有する液体、固体、又はゲル物質はどこにでも設置することができ、長い間に空中浮遊構成成分は蒸発を介して周囲環境に放散する。しかしこのシステムは空中浮遊構成成分の蒸気圧と大気圧との差に頼っている。空中浮遊構成成分の蒸気圧が高すぎると、成分は速く放出され過ぎる。同様に空中浮遊構成成分の蒸気圧が低すぎると、成分の放出は遅すぎ、周囲環境に際立った効果を与えられない。例えば多くの防虫剤は蒸気圧が高いため、蒸発によるだけでは効果的に放出することはできない。このように蒸発デバイスは、放出できる物質の種類において、及びこれらの選択物質を放出し得る速度について、非常に制限がある。
【0005】
空中浮遊構成成分を放出する、僅かにより進歩した装置は、電池又は家庭の電気コンセントからの電力を用いる。これらのデバイスは通常、熱、強制気流、又はその両方を提供して空中浮遊構成成分の放出を促進するために電気を用いる。あいにくこれらのデバイスは、燃焼デバイス及び蒸発デバイスより、作製及び操作が必然的により複雑及び高価である。これらのデバイスは放出を改善する可能性のある一方、複雑さと価格を高める。その上、電池動作式でないデバイスは、電気コンセントを必要とするため、本質的に携帯可能ではない。
【0006】
スプレー及びエアゾールは多種多様な物質を空中に放出し得る。しかしこれらのデバイスは一般に、手動で操作され、及び放出成分を短時間に集中的に放出する。スプレー及びエアゾールは機械的な制御機構が提供されていない限り、物質の長期間の放出にはうまく適さない。こうした機械的制御は高価で、及びこうしたデバイスの携帯性を制限する。
【0007】
周囲空気へ組成物を放出するため、水溶液の添加により開始される自蔵型発熱反応混合物が考慮されてきた。自蔵型発熱反応は燃焼又は電源なしに熱を提供することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
この熱は次には放出したい組成物の蒸発を促進することができる。このようにしてより広範囲の組成物がこの様式にて放出され得る。しかしこれらの反応は1つの実質的問題を有し、それらは制御するのが難しい。例えば自蔵型であり、長期間一定温度で動作する反応システムを設計することは困難である。反応システムの温度を制御せずには、望ましい組成物の放出を制御できないことは自明である。
【0009】
2000年7月13日に出願され本発明の譲受人に共に譲渡された発明の名称「発熱反応を制御するための方法及び反応混合物」(Methods And Reaction Mixtures For Controlling Exothermic Reactions)の同時係属米国特許出願第00/19079号、2000年7月13日に出願され本発明の譲受人に共に譲渡された発明の名称「制御された発熱反応を通じて揮発性構成成分を放出するための多層反応混合物及び装置」(Multi-Layer Reaction Mixtures And Apparatuses For Delivering A Volatile Component Via A Controlled Exothermic Reaction)の同時係属米国特許出願第00/19081号、及び2000年7月13日に出願され本発明の譲受人に共に譲渡された発明の名称「制御された発熱反応を通じて揮発性構成成分を放出するための方法及び装置」(Methods And Apparatuses For Delivering A Volatile Component Via A Controlled Exothermic Reaction)の同時係属米国特許出願第00/1908は、発熱反応の反応速度を制御するために発熱粒子の一部に水溶性コーティングを使用するシステムを開示しており、これらをすべて本明細書に参考文献として組み込む。ただし、本発明はこれらの以前の開示に大幅な改善を提供する。水溶性コーティング内での発熱粒子の移動を排除し、発熱反応中の泡の存在を減少する反応混合物の必要性がなお存在する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、以下の反応構成成分を含む連続相反応混合物を指向する:粒子の全てを包む水溶性コーティングであって2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール(PEG)及びその混合物を含む水溶性コーティングを含む発熱生成粒子、緩衝剤、消泡剤、並びに揮発性構成成分。任意選択的に、反応構成成分は、増粘剤、水溶液、又はこれらの混合物から成る群から選択される任意構成成分を更に含む。
【0011】
本発明の一つの態様では、反応構成成分は共に混合され、反応混合物の温度は、約35℃より高く約75℃未満である設定温度まで、20分以内に上昇する。より好ましくは、反応混合物は、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、及び最も好ましくは少なくとも約80分間は、設定温度の10℃以内に留まる。本発明は、水溶性コーティングが反応構成成分を包む連続相を有する。該連続相は、改善された保存安定性を提供する一方で、なお上述のような所望の特性を得る。
【0012】
本発明の発熱生成粒子は好ましくは非複合性金属、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属水素化物、及びこれらの混合物から成る群から選択される。この金属は、ベリリウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、及びこれらの混合物から成る群から選択される。
【0013】
本発明では更に、2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングで完全に包まれた発熱生成粒子を提供する工程と、緩衝剤、消泡剤、揮発性構成成分をいずれかの任意構成成分と共に提供する工程と、当該組合わせを水溶液に添加する工程を含む、熱を生成するための方法が提供される。
本発明の更に別の態様においては、容器及び以下の反応構成成分を含む、熱を生成するための装置が提供される:2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングで完全に包まれた発熱生成粒子、揮発性構成成分、緩衝剤、消泡剤、水溶液、及び任意選択的に増粘剤。
【0014】
本発明の第一の改善は、24時間を超えて保存した時に、保存後の反応開始時間を短く(即ち20分未満)するために、水溶性コーティングと発熱粒子との分離を防止する連続層システムを提供することである。本発明は、これらの改善を、水溶性コーティングとして使用するポリエチレングリコールの分子量を増大することによって実現する。
【0015】
本発明の第二の改善は、消泡剤の添加によって、発熱反応組成物の発泡の存在を減少することである。過去の発熱反応組成物においては、発熱反応組成物の使用中に発泡高さが最大15mmに達し、美観を損なうことがあった。
【0016】
本発明の方法及び装置は、制御可能な方法で周囲空気に組成物を放出する、携帯可能な及び安価なやり方を提供する。本デバイスは、長期間制御可能な方法で動作する一方で、比較的小型であり得る。例えば、反応混合物は構成成分を長時間周囲環境に比較的制御された速度で放出するように設計され得る。
【0017】
本発明の装置はさまざまな有用化合物を周囲の空気、及び衣類、カーペット、ペット、皮膚、及び他の多くの面に放出するために用いることができる。その上、本発明の装置は、美的な資質を高めるために、そして最終的には装置利用者の総合的体験を向上させるために色及び光を組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本明細書は、本発明を特定して指摘し明確に請求する請求の範囲をもって結論とするが、本発明は添付の図面と組み合わせた次の好ましい実施形態の説明により、よりよく理解されるものと思われる。
【0019】
上述のように、本発明は、以下の反応構成成分を含む改善された反応混合物を指向する:2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物であって粒子を完全に包む水溶性コーティングを含む発熱生成粒子、緩衝剤、消泡剤、及び揮発性構成成分。任意選択的に、反応構成成分は、増粘剤、水溶液、又はそれらの混合物を更に含む。反応混合物は制御可能な方法で熱を発生するために用いることができ、これは次には制御された方法での揮発性構成成分の放散を助ける。本明細書において教示される反応混合物を使用する装置も又開示される。
【0020】
本明細書で使用する時、「連続相」は、反応混合物全体に1つの可視層が存在することを意味すると定義される。これは、2つ又はそれ以上の層の目に見える別個の成層が存在する多層反応混合物とは異なる。
【0021】
(反応混合物)
本発明の1つの態様において、連続相反応混合物は、水溶性コーティング中に懸濁された反応構成成分を混合して、発熱生成粒子と水溶液との間の発熱反応を開始することによって形成される。発熱反応は熱を生成し、これにより、反応混合物の温度を上昇させる。熱、より正確には反応混合物の上昇した温度は、反応混合物からの揮発性構成成分の放散を助ける。理解されるであろうが、後述の発熱生成粒子の水溶性コーティングは、発熱反応の速度、及び生成された熱を制御するために用いることができる。反応混合物により生成された熱の量を、いかなる外部からの制御もなしに、制御する能力により、揮発性構成成分の制御された放出が可能になる。
【0022】
当業者には周知であるが、化学反応は制御するのが困難である。バッチ方法と仮定し、熱力学的考察を別とすると、発熱化学反応の速度は主として反応混合物の温度及び濃度によって決まる。外部からの制御がない場合、発熱反応混合物の温度は反応の初期段階において急速に上昇する。これは主に、反応物質の濃度がその最高濃度にあること、及び反応が進むにつれて熱が発生され、これが反応混合物の温度を上げ、次にはこれが反応速度を高めること、という2つの要因による。反応物質が使い果たされるにつれて反応は遅くなり、反応混合物の温度を急勾配で下げる原因となる。
【0023】
この効果は図1に図示され、具体的には、線「A」が非制御の発熱反応混合物の温度を時間の関数として示している。図1については後に更に詳細に説明するが、図1は本発明により扱われた1つの問題を明らかに示している。即ち、図1の線「A]で表された反応物質の温度は、かなり変動し、比較的短時間で終了する。その上、温度変化の速度はほとんど全く一定ではない。
【0024】
後に詳細に示すように、発熱生成粒子を水溶性コーティングで被覆することによって、比較的長い時間にわたって制御された熱を提供するように発熱反応混合物を設計することができる。別の制御スキームは当業者によって容易に設計でき、例えば、温度が次第に上昇し、目標温度範囲が比較的長時間にわたって維持される所に反応混合物を設計できる。他の制御スキームは以下の詳細に基づき明らかになる。
【0025】
1つのこうした制御スキームにおいて、反応混合物は、反応構成成分を混合して発熱反応を開始することにより調製される。反応混合物の温度は、約35℃より高く約75℃未満、好ましくは約35℃〜60℃の設定温度に、約30分未満以内で、好ましくは約20分未満以内で上昇する。好ましくは、反応混合物は設定温度の15℃以内、より好ましくは10℃以内に、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、及び最も好ましくは少なくとも約80分間留まる。「以内に留まる」という言葉は、本明細書で使用する時、「±」と同一のことを意味することが理解される。例えば、50℃の設定温度の「10℃以内に留まる」とは温度が40℃〜60℃の間を変動できることを意味する。この制御スキームは、図1に、線「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」によって図示されている。
【0026】
図1は、先行技術による1つの「非制御の」発熱反応(「A」)を、本発明による3つの「制御された」反応(「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」)と比較して表示している。反応構成成分、及び結果として生じた反応混合物は表1に示され、表2に要約されている。表に示すように、マグネシウム粉末が発熱生成粒子として用いられ、及びクエン酸緩衝剤が用いられている。反応混合物「A」の発熱生成粒子はコーティングされておらず、一方反応混合物「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」の発熱生成粒子は、異なる分子量のポリエチレングリコールでコーティングされた発熱粒子を包含する。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
発熱粒子と緩衝剤の比は、各反応混合物でおよそ1:6.5(重量/重量)に維持された。典型的な非制御の発熱反応をより明白に示すため「A」については発熱粒子及び緩衝剤の量を増大した。「A]は100.0グラムの水に添加され、「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」は55.0グラムの水に添加された。上で簡単に述べたように、線「A」は非制御の発熱反応の温度対時間の典型的なグラフである。温度は最初に65℃より大きい最高値まで急速に上昇する。次いで反応構成成分が消費されるにつれて、温度は対数曲線に沿って下降し始める。そしておよそ35分以内に、反応物質は初期温度(室温)の5℃以内まで冷却されている。
【0029】
全く反対に、図1の線「PEG2000」、「PEG4000」、及び「PEG2000/4000」によって表される反応混合物は、約20分以内に約50℃の設定温度まで上昇する。その後、反応混合物は、少なくとも約80分間は設定温度の10℃以内に留まる。
【0030】
図1に描かれた制御スキームは、即ちこの場合、反応混合物は設定温度まで上昇し、その温度は長時間比較的一定に留まるが、本発明により対象とされる多くの可能な制御スキームのうちの僅か1つに過ぎないことが理解される。
【0031】
(反応構成成分)
次に反応構成成分を考えると、反応構成成分は、2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングによって完全に包まれた発熱生成粒子;揮発性構成成分、消泡剤、及び緩衝剤を包含する。好ましくは、反応構成成分は、増粘剤及び水溶液、又はそれらの混合物を更に含む。
【0032】
(消泡剤)
本発明は、水溶液の添加時に保存される反応混合物の上部での泡の出現を減少することにおいて改善を提供する。理論に制限されないが、保存中に発熱反応混合物中の揮発性構成成分の化学的分解が生じ、それが以下の実施例2に示すような混合物の反応中の泡の出現を招くと考えられている。
【0033】
好適な消泡剤は、少なくとも水分散性であり、好ましくは水溶性であり、及び水そのものを含有しない。消泡剤は、いかなる既知の消泡化合物でもよく、例えば、シリコーン消泡化合物、アルコール消泡化合物、軽質石油(light petroleum)無臭炭化水素、脂肪酸エステル、脂肪族C18〜C40ケトン、及び非イオン性ポリヒドロキシル誘導体、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【0034】
本明細書においてシリコーン消泡化合物は、シリコーン構成成分を包含するいずれかの消泡化合物として定義される。かかるシリコーン消泡化合物は典型的にはシリカ構成成分も含有する。本明細書及び産業界一般で使用する時、「シリコーン」という用語は、ポリオルガノシロキサンオイルなどの、さまざまなシロキサン単位及びヒドロカルビル基を含有するさまざまな比較的高分子量のポリマーを含んでなるが、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリオルガノシロキサンオイル又は樹脂の分散体又はエマルジョン、及びポリオルガノシロキサンとシリカ粒子の組み合わせ(ポリオルガノシロキサンはシリカに化学吸着又は融合している)などである。
【0035】
本明細書において炭化水素は、約12〜約70の炭素原子を有する脂肪族、脂環族、芳香族、及び複素環の飽和又は不飽和の炭化水素として定義される。本議論で使用される時、用語「パラフィン」は、純パラフィンと環状炭化水素の混合物を包含することを意図する。
【0036】
消泡剤の濃度は、約0.005%〜約5%、好ましくは0.01%〜約3%、及び最も好ましくは約0.05%〜約2%である。
【0037】
(水溶性コーティング)
反応混合物の温度を時間の関数として制御することは本発明の目的の1つであり、制御は主として発熱生成粒子をコーティングすることにより達成される。いかなる1つの理論によっても制約されることを望まないが、コーティングされた発熱生成粒子はコーティングが溶解するまで水溶液と反応することができないと考えられている。発熱生成粒子のコーティングが溶解し始めると、暴露された粒子は反応を開始し、熱を生成する。反応混合物中の水溶性コーティング物質の濃度は、反応混合物の約3重量%〜約70重量%、好ましくは約5重量%〜約65重量%、より好ましくは約8重量%〜約60重量%である。
【0038】
本発明の水溶性コーティングは、2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む。600という低分子量を有するポリエチレングリコールは、室温で、発熱粒子が容器の底に移動することから望ましくない液体状態にあることが見出されている。これは次に、発熱反応の開始を遅らせる。600〜2000の分子量を有するポリエチレングリコールを含む水溶性コーティングは、発熱反応粒子が保存時に移動する傾向をやはり示すことが見出されている。6000を超える高い分子量のポリエチレングリコールは、60℃を超える融点を有することが既知であり、高融点は本発明において揮発性構成成分の添加を妨害すると考えられている。ポリエチレングリコールの融点が高すぎる場合、揮発性構成成分は、液体の形態の時に水溶性コーティングとの混合時に揮発し、それによって混合物から揮発性構成成分を除去する。
【0039】
コーティングは発熱生成粒子にいかなる適切な手段により適用され得る。最も簡単な方法はコーティング物質を柔らかく又は融解して発熱生成粒子の所望の量と混合することである。
反応混合物の発熱生成粒子をコーティングすることは必要である一方、揮発性構成成分、消泡剤、緩衝剤、及び任意構成成分(後述)は、該発熱生成粒子と共にコーティングすることもでき、又は発熱生成粒子と別個にコーティングすることもできる。これらの選択の組み合わせは又多くの場合受容できる結果を生み出す。このため発熱生成粒子ではなくコーティング構成成分が配合者の特権である。
【0040】
追加のコーティング物質を、水溶性コーティングの約10.0重量%まで、好ましくは水溶性コーティングの約5.0重量%まで、及び最も好ましくは約2.0%までの少量で添加してもよい。追加のコーティング物質については、上述で援用した文献を参照いただきたい。
【0041】
(緩衝剤)
本発明の反応混合物は、必須構成成分として緩衝剤を包含する。緩衝剤は、発熱反応の加速又は減速、及び反応の終わりにおけるpH制御のようなさまざまな利益を提供し得る。緩衝剤のレベルは、反応終了後の発熱粒子塩の沈澱出現時間を遅らせることができることも見出されている。
【0042】
特定の発熱生成粒子はその他のものより速く反応することがあることは周知である。緩衝剤は反応混合物の速度を上げたり下げたりすることができる。しかしながら、緩衝剤が存在したとしても、非制御発熱反応は、図1の線「A」により描かれる時間対温度曲線に通常従うことは理解される。このように緩衝剤は反応混合物に都合のよい熱力学的環境を提供するように働くが、緩衝剤は反応の時間対温度特性を制御しない。pHについては、反応の間及び終わりの両方においてpHを制御することは多くの場合望ましい。反応中、反応の速度を上下することができる緩衝剤の量を調節することによって、pHは上述のような好ましい発熱力学的環境に寄与することができる。緩衝剤は、発熱反応が終了に近づいている時に反応混合物の最終pHを調節することもできる。特定のpHにおいては反応生成物が反応終了後に沈殿するため、最終pHは重要である。緩衝剤の量を増やすことによって、沈澱の出現を最大7日間遅らせることができる。ただし、緩衝剤の増量は、反応速度が大幅に上昇しないように制御しなければならない。発熱粒子と緩衝剤の比1:6.5(重量/重量)は、反応終了後の発熱粒子塩の沈澱を遅らせるのに好ましい能力を示すことが見出されている。とにかく緩衝剤は本明細書に開示された反応混合物の配合者を助けることがある。
【0043】
好ましくは緩衝剤が本発明の反応混合物中に存在する場合は、発熱生成粒子と緩衝剤の重量比は、200:1〜1:200、好ましくは50:1〜1:50、より好ましくは10:1〜1:10の範囲である。及び緩衝剤は好ましくは、クエン酸、リンゴ酸、フマル酸、コハク酸、酒石酸、ギ酸、酢酸、プロパン酸、酪酸、吉草酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、グリコール酸、アスパラギン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、グルタミン酸、乳酸、ヒドロキシアクリル酸、α−ヒドロキシル酪酸、グリセリン酸、タルトロン酸、サリチル酸、没食子酸、マンデル酸、トロパ酸、アスコルビン酸、グルコン酸、ケイ皮酸、安息香酸、フェニル酢酸、ニコチン酸、カイニン酸、ソルビン酸、ピロリドンカルボン酸、トリメリット酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、リン酸二水素カリウム、亜硫酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、ピロ亜硫酸水素ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸カリウム、スルファミン酸、オルトリン酸、ピロリン酸、及びこれらの混合物から成る群から選択される。
【0044】
(発熱生成粒子)
本発明の発熱生成粒子は、好ましくは非複合性金属、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属水素化物、及びこれらの混合物から成る群から選択される。この金属は、ベリリウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、及びこれらの混合物から成る群から選択される。これらの粒子は又、水酸化ベリリウム、酸化ベリリウム、酸化ベリリウム一水和物、水素化リチウムアルミニウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、及びこれらの混合物から成る群から選択されてもよい。反応混合物中の発熱生成粒子の濃度は、反応混合物の約3重量%〜約60重量%、好ましくは約5重量%〜約55重量%、及びより好ましくは約8重量%〜約50重量%である。
【0045】
発熱生成粒子(コーティングなし)が、約10ミクロン〜約1000ミクロン、好ましくは約100ミクロン〜約500ミクロン、及びより好ましくは約200ミクロン〜約400ミクロンの平均粒径を有することは必要ではないが好ましい。
【0046】
(揮発性構成成分)
本明細書に開示される反応混合物は必須構成成分として揮発性構成成分を包含し、それは、好ましくは香料、芳香剤、防虫剤、燻蒸剤、消毒剤、殺細菌剤、殺虫剤、農薬、殺菌剤、ダニ駆除剤、滅菌剤、脱臭剤、曇り剤(fogging agent)、及びこれらの混合物から成る群から選択される。反応混合物中の揮発性構成成分の濃度は、反応混合物の約0.01重量%〜約20重量%、好ましくは約0.1重量%〜約15重量%、及びより好ましくは約0.5重量%〜約10重量%である。
【0047】
「揮発性構成成分」とは本明細書で使用する時、発熱反応の間に本発明による反応混合物から周囲環境に放散されるいかなる化合物をも意味する。「揮発性」という言葉は構成成分の蒸気圧又は沸点についていかなる制限も課さない。例えば多くの優れた芳香剤は水の沸点を優に上回る沸点を有するが、他の芳香剤は水より低い沸点を有する。芳香剤の両型とも本発明による発熱反応の間に放散する場合は、「揮発性構成成分」の定義の中に分類される。しかしながら水溶液は、たとえ水溶液の一部が発熱反応の間に放散するかもしれないとしても、揮発性構成成分と必ずしもみなせるとは限らない。
【0048】
芳香剤は本発明の反応混合物に用いるのに好ましい揮発性構成成分であり、好ましい芳香剤はムスクオイル、シベット、カストレウム、アンバーグリース、植物香料類、ビャクダンオイル、ネロリオイル、ベルガモットオイル、レモンオイル、ラベンダーオイル、セージオイル、ローズマリーオイル、ペパーミントオイル、ユーカリオイル、メントール、カンファー、バーベナオイル、シトロネラオイル、カウアウトオイル(cauout oil)、サルビアオイル、クローブオイル、カモミールオイル、ビャクダンオイル、コスタスオイル、ラブダナムオイル、エニシダ抽出物、キャロットシード抽出物、ジャスミン抽出物、ミモザ抽出物(minmosa extract)、スイセン抽出物、オリバナム抽出物、バラ抽出物、アセトフェノネン、ジメチルイナデイン(dimethylinadane)誘導体類、ナフタリン誘導体類、カプリン酸アリル、α−アミルシンナミックアルデヒド、アネトール、アニスアルデヒド、酢酸ベンジル、ベンジルアルコール、プロピオン酸ベンジル、ボルネオール、酢酸シンナミル、シンナミルアルコール、シトラール・シトロネラール(citral citronnellal)、クミンアルデヒド、シクラメンアルデヒド、デカノール、酪酸エチル、カプリン酸エチル、ケイ皮酸エチル、エチルバニリン、オイゲノール、ゲラニオール、エキセノール(exenol)、α−ヘキシルシンナミックアルデヒド、ヒドロキシシトロネラール、インドール、酢酸イソアミル、イソアミル−イソバレラテク(iso-valeratek)イソオイゲノール、リナロール、酢酸リナリル、p−メチルアセトフェノン、アントラニル酸メチル、メチルジヒドロジャスモナート(methyl dihydroasmonate)、メチルオイゲノール、メチル−β−ナフトールケトン、メチルフェニルカルビニルアセテート、ムスクケトール、ムスクキシロール,2,5,6−ナノジノール(nanodinol)、γ−ナノラクトン、フェニルアセトアルデヒドジメチルアセテート、β−フェニルエチルアルコール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、γ−ウンデカラクトン、ウンデセナール、バニリン、及びこれらの混合物から成る群から選択される。
【0049】
(水溶液)
本発明の反応混合物の任意構成成分は水溶液である。水溶液は反応混合物において2つの機能を果たす。具体的には、水溶液は発熱粒子の水溶性コーティングを溶解し、そして次いで発熱生成粒子と反応して熱を発生する。水溶液の量についてはかなり柔軟性があることは理解される。コーティングを溶解し、及び発熱粒子と反応するために十分な量の水溶液が存在しなくてはならないが、過剰の水溶液は多くの場合受容可能であり、及び望ましいことさえもある。実際に過剰の水溶液は反応システムにおけるヒートシンクとして働く。この収容力において水溶液はある状況では所与の反応システムの最高温度を制御するために用いられ得る。しかしながら水溶液は一般的に、上述の反応システムの時間対温度曲線を制御するために有用でない。このため当業者は所与の反応システムに対する水溶液の適量を選択することができる。
【0050】
最も一般的な、そして最も好ましい水溶液は水、及び水を含有する溶液である。一価アルコール及び他の低分子量液体は本発明に用いるのに好適である。「水溶液」についての唯一の評価基準は、それが上述の水溶性コーティングを溶解すること、及びそれが選択された発熱生成粒子と反応することである。反応混合物中の水溶液の濃度は、反応混合物の約30重量%〜約97重量%、好ましくは約50重量%〜約95重量%、及びより好ましくは約60重量%〜約90重量%である。
【0051】
(他の成分)
本発明の反応混合物は任意構成成分として他の成分を含んでもよい。これらの任意成分は、増粘剤又は視覚増進剤であることができる。
増粘剤の使用は、反応初期の20〜30分の発熱反応の速度を更に制御するために使用することができる。図1の反応「A]に示されているように、発熱反応は、反応初期に「ピークに達する」性質であることから、反応の初期段階は制御にきわめて重要である。理論に制限されないが、増粘剤は発熱反応構成成分の粘度を増大し、水溶液の発熱粒子への移動を遅くすると考えられている。反応混合物中に存在する場合、増粘剤の濃度は、約0.005%〜約5%、好ましくは約0.01%〜約3%、及びより好ましくは約0.05%〜約2%である。増粘剤は、少なくとも水分散性であり、好ましくは水溶性であり、水そのものを全く含有しないことが必要である。増粘剤は、ポリアクリル酸、キサンタンガムのようなゴム類、セルロース、エトキシル化セルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、粘土、シリカ、及びこれらの混合物から成る群から選択される。好ましい増粘剤は、BFグッドリッチ(BFGoodrich)によってカーボポール(CARBOPOL)956の商標名で販売されているポリアクリル酸である。
【0052】
視覚増進剤は、染料、化学発光剤、蛍光剤、真珠光沢剤、及びこれらの混合物から成る群から選択される。視覚増進剤は、ホタルルシフェラーゼ、アデノシン三リン酸塩、エチレングリコールジステアケート、及びこれらの混合物から成る群からより好ましくは選択される。これらの視覚増進剤は反応混合物を色付けする、「輝かせる」、又は他の視覚的に満足する効果を提供するために用いられ得る。反応混合物中に存在する場合、視覚増進剤の濃度は反応混合物の約0.01重量%〜約30重量%、好ましくは約0.1重量%〜約20重量%、及びより好ましくは約0.5重量%〜約15重量%である。
【0053】
(装置)
本発明の更に別の態様においては、熱を生成するための装置が提供され、該装置は容器及び以下の反応構成成分を含む:2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む水溶性コーティングであって粒子の一部を包む水溶性コーティングを含む発熱生成粒子、揮発性構成成分、及び緩衝剤。装置は任意選択的に、水溶液を更に含む。本発明の装置に用いられる反応構成成分は上述のものと同一である。本発明の装置は、好ましくは発熱反応がその中で行われる、自蔵型及び携帯可能なデバイスである。好ましくは装置の容器は、発熱反応の間に放散される揮発性構成成分を排出する、少なくとも1つの穴又は開口部を有する必要がある。その上容器は発熱反応の最高温度に耐え得る物質により構築されている必要がある。反応の最高温度は35℃ほどの低さであれば、多くの物質がこの要件を満たすが、更に高温度の反応は更に高い温度許容度を必要とすることがある。ガラス、プラスチック、発泡スチロール、金属、液体不浸透性の紙、及び多くの他の物質が本発明に用いるのに好適である。容器は、好ましくは清潔で、透明、又は半透明であり、不透明の容器はそれほど好ましくはないが、本明細書に用いるのに好適である。本発明の装置内では、発熱生成粒子は乾燥粉末、又は均一な水溶性コーティング中に懸濁した形態であり得る。
【0054】
図2は本発明による装置10の概略図である。装置10は、容器12及び反応混合物20を含み、反応混合物20は、水溶性コーティング24を備える発熱生成粒子22を包含する。反応混合物20は緩衝剤粒子26及び水溶液28を更に含む。揮発性構成成分30は反応混合物20全体において乳化液滴として現れるが、揮発性構成成分30は又、水溶液28に溶解するか又はコーティング24に混和され得る。容器12は、光源及び電源を収容するベースに着座してもよい(ベース、光源、及び電源は示されていない)。
【0055】
本発明の装置の中で用いられる反応混合物は上述のように制御可能である必要がある。即ち、反応構成成分が本発明の装置内で共に混合された時に、反応混合物の温度が約35℃より高く約75℃未満である、好ましくは約35℃〜60℃である設定温度まで、約20分未満以内に上昇する必要がある。好ましくは、装置内の反応混合物は、設定温度の15℃以内、好ましくは10℃以内に、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、及び最も好ましくは少なくとも約80分間留まる。
【0056】
本発明の1つの好ましい実施形態において、装置は光源を包含する。任意選択的に色付きの光を提供し得る光源は、装置の視覚的効果を高めるために用い得る。その上光源に追加して、上述のように視覚増進剤を反応混合物に使用してもよい。光源は視覚増進剤を強調するために、又は単に装置を「ライトアップ」するために用いられ得る。光源は電池式、太陽電池式などであり得る。一般には好ましくないが、光源は外部電源、例えば電気コンセントを電源とすることもできる。本発明の装置は好ましくは携帯可能であり、このため外部電源を使用することは携帯性を制限することがある。光源は容器内に、又は容器外側に隣接して存在することも可能である。光源が容器内に設置される場合は、光源及びその電源を液体不浸透性の仕切り内に包み込み、デバイスを水溶液から遮断することが好ましい。好ましくは容器は、容器を支持すると共に、光源のための覆いを提供するベース上に存在する。
【0057】
光源は反応混合物に幾らかの熱を与えることもあるが、それは望ましい機能ではない。その上多くの電池式作動デバイスは低い電圧で作動し、ほとんど熱を発生しない。このように光源は制御機構として機能することを目的としない。
【0058】
本発明の装置に用いる1つの特に好ましい光源は、発光ダイオード(「LED」)である。LEDは当該技術分野において周知であり、これらのデバイスの例は、例えば1999年10月5日にハベル(Havel)に発行された米国特許第5,963,185号、及び1999年8月17日にホルム(Holm)らに発行された米国特許第5,940,683号の中に見出すことができる。ハベル(Havel)及びホルム(Holm)らの特許の全体の開示は本明細書に参考文献として組み込まれる。LEDは単一の源から多数の色を提供する小型のデバイスである。このように1つのデバイスから多様な色が反応混合物に照射され、利用可能な視覚的効果の範囲を広げることができる。これらのデバイスは、低い電圧で動作するという追加の利益を有し、小型電池又は太陽電池のセルしか必要としない。
【実施例1】
【0059】
以下の実施例は本発明の反応混合物を示すが、必ずしも本発明の範囲を限定したり、あるいは定義しようとするものではない。
【0060】
(実施例1)
発熱生成粒子をコーティングする方法
発熱生成粒子はポリエチレングリコール(PEG)により以下のようにコーティングされる。最初に、ガラスビーカーにPEG2000を加え、約50℃±5℃で溶融するまで加熱する。次に、機械攪拌で混合物を50℃±5℃に維持しながら、溶融したPEGにゆっくりマグネシウムを添加する。第三に、クエン酸を混合物にゆっくりと加え、機械攪拌を継続して混合物を50℃±5℃に維持する。最後に、混合物に揮発性構成成分を添加し、継続的に攪拌して混合物を50℃±5℃におよそ10分間維持する。混合物をプラスチックカップに加え、静かに軽く叩いて混合物を均一にする。直ちにフィルムでカップを密閉し、−10℃で少なくとも60分間維持する。
【0061】
(実施例2)
以下の表3は、40℃/75%RHで3日間保存された3つの異なる処方に生じた泡の高さを示す。処方Aは、いかなる消泡構成成分も含有せず、最初の5分以内に泡が出現し、高さが13分後に最高の15mmに達するまで増えつづけている。処方B及びCはいずれも消泡構成成分を含有し、使用した消泡剤はポリジメチルシロキサンを4.25%、SiO2を0.75%、及びPEG8000を95%含み、ヘテレン(Heterene)によってブルー・エーイー・コフレーク(BLUE AE COFLAKE)の商標名で販売されている。消泡剤の添加の結果、泡の出現が25分遅れ、泡の最大高さが2mm以下に減少している。
【0062】
【表3】
消泡剤の濃度は、PEG8000の比率が高いために発生すると考えられる表3で使用された消泡剤の場合のように、反応速度の低下が発生しないように制限する必要がある。消泡剤の濃度は又、反応終了時に残渣を残さないように制限する必要がある。消泡剤の濃度は、約0.005%〜約5%、好ましくは0.01〜約3%、及び最も好ましくは約0.05%〜約2%である。
【0063】
(実施例3)
【0064】
【表4】
本発明は、連続層システムを使用できるようにポリエチレングリコールの分子量を増大することによって、目標温度に到達するのに必要な時間を改善する。PEGの分子量が高いほど、発熱粒子が保存中の移動を妨害される、より粘稠な媒質を与える。本発明は、表4の処方で実証されているように、50℃で24〜36時間保存された。2層システムで示された粒子の移動は起こらず、本発明の反応は、20分以内に設定温度に到達する。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】設定温度約50℃で本発明に記載の反応混合物を使用した3つの制御された反応及び非制御反応を示すグラフである。
【図2】本発明による装置の概略図である。
Claims (22)
- 以下の反応構成成分:
a)発熱生成粒子;
b)揮発性構成成分;
c)消泡剤;及び
d)緩衝剤;
を含む発熱反応混合物であって、該反応混合物が、2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る少なくとも1つの水溶性コーティング成分を含む連続相水溶性コーティング中に懸濁されている発熱反応混合物。 - 前記反応構成成分が、更に水溶液を含む請求項1に記載の反応混合物。
- 前記反応構成成分が共に混合された場合、反応混合物の温度が、約35℃より高く約75℃未満、好ましくは約35℃〜60℃である設定温度まで、約30分未満以内に、好ましくは約20分未満以内に上昇する請求項2に記載の反応混合物。
- 前記反応混合物が、設定温度の15℃以内、好ましくは10℃以内に、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、最も好ましくは80分間留まる請求項3に記載の反応混合物。
- 前記揮発性構成成分が、香料、芳香剤、防虫剤、燻蒸剤、消毒剤、殺細菌剤、殺虫剤、農薬、殺菌剤、ダニ駆除剤、滅菌剤、脱臭剤、曇り剤(fogging agent)、及びこれらの混合物から成る群から選択される請求項1に記載の反応混合物。
- 前記揮発性構成成分が、ムスクオイル、シベット、カストレウム、アンバーグリース、植物香料類、ビャクダンオイル、ネロリオイル、ベルガモットオイル、レモンオイル、ラベンダーオイル、セージオイル、ローズマリーオイル、ペパーミントオイル、ユーカリオイル、メントール、カンファー、バーベナオイル、シトロネラオイル、カウアウトオイル、サルビアオイル、クローブオイル、カモミールオイル、ビャクダンオイル、コスタスオイル、ラブダナムオイル、エニシダ抽出物、キャロットシード抽出物、ジャスミン抽出物、ミモザ抽出物、スイセン抽出物、オリバナム抽出物、バラ抽出物、アセトフェノネン、ジメチルイナデイン誘導体類、ナフタリン誘導体類、カプリン酸アリル、α−アミルシンナミックアルデヒド、アネトール、アニスアルデヒド、酢酸ベンジル、ベンジルアルコール、プロピオン酸ベンジル、ボルネオール、酢酸シンナミル、シンナミルアルコール、シトラールシトロネラール、クミンアルデヒド、シクラメンアルデヒド、デカノール、酪酸エチル、カプリン酸エチル、ケイ皮酸エチル、エチルバニリン、オイゲノール、ゲラニオール、エキセノール、α−ヘキシルシンナミックアルデヒド、ヒドロキシシトロネラール、インドール、酢酸イソアミル、イソアミルイソバレラテクイソオイゲノール、リナロール、酢酸リナリル、p−メチルアセトフェノン、アントラニル酸メチル、メチルジヒドロジャスモナート、メチルオイゲノール、メチル−β−ナフトールケトン、メチルフェニルカルビニルアセテート、ムスクケトール、ムスクキシロール、2,5,6−ナノジノール、γ−ナノラクトン、フェニルアセトアルデヒドジメチルアセテート、β−フェニルエチルアルコール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、γ−ウンデカラクトン、ウンデセナール、バニリン、及びこれらの混合物から成る群から選択される請求項1に記載の反応混合物。
- 前記発熱生成粒子が非錯体化金属、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属水素化物、及びこれらの混合物から成る群から選択され、該金属が、ベリリウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カルシウム、カリウム、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、及びこれらの混合物から成る群から選択される請求項1に記載の反応混合物。
- 前記発熱生成粒子が、水酸化ベリリウム、酸化ベリリウム、酸化ベリリウム一水和物、水素化リチウムアルミニウム、酸化カルシウム、水素化カルシウム、酸化カリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、及びこれらの混合物から成る群から選択される請求項7に記載の反応混合物。
- 前記発熱生成粒子が、約10ミクロン〜約1000ミクロン、好ましくは約100ミクロン〜約500ミクロン、より好ましくは約200ミクロン〜約400ミクロンの平均粒径を有する請求項1に記載の反応混合物。
- 前記緩衝剤が、クエン酸、リンゴ酸、フマル酸、コハク酸、酒石酸、ギ酸、酢酸、プロパン酸、酪酸、吉草酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、グリコール酸、アスパラギン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、グルタミン酸、乳酸、ヒドロキシアクリル酸、α−ヒドロキシル酪酸、グリセリン酸、タルトロン酸、サリチル酸、没食子酸、マンデル酸、トロパ酸、アスコルビン酸、グルコン酸、ケイ皮酸、安息香酸、フェニル酢酸、ニコチン酸、カイニン酸、ソルビン酸、ピロリドンカルボン酸、トリメリット酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、リン酸二水素カリウム、亜硫酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、ピロ亜硫酸水素ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸カリウム、スルファミン酸、オルトリン酸、ピロリン酸、及びこれらの混合物から成る群から選択される請求項1に記載の反応混合物。
- 前記発熱生成粒子と前記緩衝剤の重量比が、200:1〜1:200、好ましくは50:1〜1:50、より好ましくは10:1〜1:10の範囲内である請求項1に記載の反応混合物。
- 前記消泡剤が、シリコーン消泡化合物、アルコール消泡化合物、軽質石油無臭炭化水素、脂肪酸エステル、一価アルコールの脂肪酸エステル、脂肪族C18〜C40ケトン、非イオン性ポリヒドロキシル誘導体及びこれらの混合物から成る群から選択される請求項1に記載の反応混合物。
- ポリアクリル酸、ゴム類、セルロース、エトキシル化セルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、粘土、シリカ、及びこれらのいかなる混合物もから成る群から選択される増粘剤を更に含む請求項1に記載の反応混合物。
- 染料、化学発光剤、蛍光剤、真珠光沢剤、及びこれらの混合物から成る群から選択される水溶性視覚増進剤を更に含む請求項1に記載の反応混合物。
- 前記視覚向上剤が、ホタルルシフェラーゼ、アデノシン三リン酸、エチレングリコールジステアレート、及びこれらの混合物から成る群から選択される請求項12に記載の反応混合物。
- 連続相系を通じて熱を生成する方法であって:
a)2000〜6000の分子量を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る水溶性コーティングであって、発熱生成粒子を完全に包む水溶性コーティングを含む発熱生成粒子を提供する工程と;
b)揮発性構成成分、消泡剤、及び緩衝剤を提供する工程と;及び
c)コーティングされた発熱生成粒子、揮発性構成成分、及び緩衝剤を水溶液に添加する工程;
を含む方法。 - 工程(b)が、増粘剤を提供する工程を更に含む請求項14に記載の方法。
- 容器及び以下の反応構成成分:
a)発熱生成粒子を完全に包む水溶性コーティングであって、分子量2000〜6000を有するポリエチレングリコール及びその混合物から成る水溶性コーティング;
b)揮発性構成成分;
c)緩衝剤;及び
d)増粘剤;
を含む、熱を生成させる装置。 - 前記反応混合物が水溶液を更に含む請求項16に記載の装置。
- 反応構成成分が共に混合された場合に反応混合物が生成し、該反応混合物の温度が約35℃より高く約75℃未満、好ましくは約35℃〜60℃である設定温度まで、少なくとも約30分以内に、好ましくは少なくとも約20分以内に上昇する請求項17に記載の装置。
- 前記反応混合物が、設定温度の10℃以内に、少なくとも約45分間、好ましくは少なくとも約60分間、最も好ましくは少なくとも約80分間留まる請求項16に記載の装置。
- さまざまな色を発することができる発光デバイスを更に含み、好ましくは該発光デバイスが発光ダイオードである請求項16に記載の装置。
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