JP2009082281A - 発熱袋 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気中の酸素と接触して発熱する発熱組成物が収納された通気性を有する内袋を、非通気性の外袋に密封した構成の発熱袋において、特殊な包装材を用いることなく、３年あるいはそれ以上の長期にわたり良好な発熱特性を維持することが可能な発熱袋を提供する。
【解決手段】 発熱組成物として、被酸化性金属粉末、活性炭、水、無機電解質、及び保水材を含み、前記無機電解質の含有量が、前記水１００重量部に対して１５〜５０重量部となるように調製してなる発熱袋とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、空気中の酸素と接触して発熱する発熱組成物が収納された通気性を有する内袋を、非通気性の外袋に密封した構成の発熱袋に関する。

従来から、被酸化性金属、活性炭、無機電解質、水等を主成分とし、空気中の酸素と接触して発熱する発熱組成物を通気性の偏平状袋に収納したものがカイロ等として広く利用されている。このような発熱袋の一般的な構成としては、発熱組成物が通気性の偏平状の内袋に収納され、さらに使用されるまでの期間中、外部の空気と遮断し、かつ水が蒸発して外部へ拡散することを防ぐために、前記の内袋が非通気性の偏平状の外袋に密封されている。発熱組成物に含まれる無機電解質としては、通常は塩化ナトリウムが用いられ、被酸化性金属に対する酸化効率が良好になるという理由で、その含有量は通常は水１００重量部に対して１０〜１４重量部程度となるように調製されている。

また、非通気性である外袋の包装材としては、一般的にポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系フィルムを基材とする包装材が多く用いられているが、さらに前記のような基材に、ポリ塩化ビニリデンコートフィルム、あるいは金属蒸着フィルム等のガスバリア性が優れたフィルム層を併用し、外袋内の気密性を向上させて、良好な発熱特性を保存期間中維持することが可能な包装材が多く採用されている。
特開平１１−２１６１５７号公報 特開２００３−２３１２２１号公報

しかしながら、前記のようなガスバリア性が優れたフィルム層を外袋に用いた構成の発熱袋であっても、製造後２〜３年経過した発熱袋については、好ましい発熱特性が発揮できない場合があった。また、気密性が極めて優れた包装材を用いた場合は、発熱袋が高価となるだけでなく、保存期間中に内部で発生する水素により発熱袋が膨らみ破袋する虞があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、空気中の酸素と接触して発熱する発熱組成物が収納された通気性を有する内袋を、非通気性の外袋に密封した構成の発熱袋において、特殊な包装材を用いることなく、３年あるいはそれ以上の長期にわたり良好な発熱特性を維持することが可能な発熱袋を提供することである。

本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、長期の保存による発熱特性（４０℃以上の保持時間等）の低下は、外袋を通して徐々に水分が外部に拡散し、発熱組成物中の水が大幅に不足してしまうことが大きな原因であることを見出した。また、製造時における発熱袋の内部は無酸素状態とされているが、長期の保存において、空気中の酸素が外袋を通して内部に侵入し、発熱組成物を劣化させている現象は確認できなかった。
さらに、本発明者らによる検討の結果、発熱組成物に含まれる無機電解質の含有量を、従来の含有量より多くなるように調製することにより、外袋内の水蒸気圧が低くなり、使用されるまでの保存期間中における水の外部への拡散が抑制できることを見出し、本発明の発熱袋に到達した。

すなわち本発明は、空気中の酸素と接触して発熱する発熱組成物が収納された通気性を有する内袋を、非通気性の外袋に密封した構成の発熱袋であって、発熱組成物が、被酸化性金属粉末、活性炭、水、無機電解質、及び保水材を含み、前記無機電解質の含有量が、前記水１００重量部に対して１５〜５０重量部となるように調製されてなることを特徴とする発熱袋である。

本発明の発熱袋は、外袋内の水蒸気圧が低くなるように調製されているので、長期にわたり水が蒸発して外部へ拡散することを抑制できる。その結果、本発明の発熱袋は、高価な包装材等を使用することなく、長期にわたり発熱組成物を製造時の状態に維持することが可能であり、長期保存後の使用であっても良好な発熱特性を発揮することができる。

本発明の発熱袋は、空気中の酸素と接触して発熱する発熱組成物が収納された通気性を有する内袋を、非通気性の外袋に密封した構成の使い捨てカイロ等の発熱袋に適用することができる。
本発明の発熱袋における発熱組成物は、被酸化性金属粉末、活性炭、水、無機電解質、及び保水材を主成分とするものであり、前記無機電解質の含有量が、前記水１００重量部に対して１５〜５０重量部、好ましくは前記水１００重量部に対して１７〜４５重量部、さらに好ましくは前記水１００重量部に対して２０重量部以上かつ無機電解質の最大溶解量を超えない量となるように調製されてなるものである。

本発明において、発熱組成物中の無機電解質の含有量が、水１００重量部に対して１５重量部未満の場合は、外袋内の水蒸気圧を低くすることが不十分になり、水の外部への拡散を抑制に難くなる。その結果、製造後約３年経過すると、発熱組成物中の水が大幅に不足し、所定の発熱特性が得られなくなる虞がある。また、無機電解質の含有量が、水１００重量部に対して５０重量部を超える場合は、後述のように塩化ナトリウムと無機電解質を適宜併用させても、水に対して無機電解質の全量を溶解することが困難になり、かえって発熱特性が悪化する虞がある。

本発明の発熱袋においては、無機電解質を１種類単独で、または複数種組合せて用いることができるが、塩化ナトリウムを単独で用いるか、あるいは塩化ナトリウムとそれ以外の無機電解質を併用することが好ましい。塩化ナトリウム以外の無機電解質としては、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び硫酸ナトリウム等を例示することができるが、これらの中では水に対する溶解度が高く外袋内の水蒸気圧を低くなるようにコントロールできる点で、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄が好ましい。

外袋を通して内側から外側に透過する水の透過速度は、外袋内の水蒸気圧と外部の空気中の水蒸気圧との差にほぼ比例する。外部の空気中の水蒸気圧は、温度に大きく影響され変動するが、東京においては年間で５〜３０ｍｍＨｇ程度の範囲で変動しており、例えば５〜６月度の近年における温度の平均は約２０.３℃、水蒸気圧の平均は１２．７ｍｍＨｇである。外袋内の水蒸気圧は、外部の空気中の水蒸気圧より大きく、そのため保存期間中に水の外部への拡散が発生している。

例えば、本発明者らによる測定により、水１００重量部に対して塩化ナトリウムが１３重量部溶解している溶液の２０℃における水蒸気圧は約１４．３ｍｍＨｇであるが、水１００重量部に対して塩化ナトリウムが２５重量部溶解している溶液の２０℃における水蒸気圧は約１３．０ｍｍＨｇである。その結果、塩化ナトリウムを２５重量部溶解させた発熱袋は、塩化ナトリウムを１３重量部溶解させた発熱袋に比べて、外部への水の透過速度は計算上０．３／１．６となる。また、２０℃において水１００ｇに対する塩化ナトリウムの最大溶解量は３５．８ｇであるが、前記の無機電解質を適宜選択して併用することにより、水１００ｇに対する無機電解質の最大溶解量が増加し、さらに外袋内の水蒸気圧を低下させることが可能となる。

尚、無機電解質として塩化ナトリウムとそれ以外の無機電解質を併用する場合、 塩化ナトリウム以外の無機電解質の含有量は、通常は塩化ナトリウム１００重量部に対して１００重量部以下となるように、好ましくは塩化ナトリウム１００重量部に対して１〜８０重量部、さらに好ましくは塩化ナトリウム１００重量部に対して２〜５０重量部となるように調製される。塩化ナトリウム以外の無機電解質の含有量が、塩化ナトリウムの含有量より多い場合は、かえって発熱特性が悪化する虞がある。

本発明の発熱袋において、被酸化性金属粉末、活性炭、及び保水材としては、従来から公知のものが使用される。
被酸化性金属粉としては、鉄粉、アルミニウム粉等が挙げられるが、通常は鉄粉が用いられ、還元鉄粉、アトマイズド鉄粉、電解鉄粉等が利用される。活性炭は、反応助剤の他、保水剤としても使用され、通常は椰子殻炭、木粉炭、ピート炭等が用いられる。保水剤としては、保水性の高いものであるとともに、発熱袋の長期保存中に変質を生じないものであれば特に限定されず、例えば真珠岩粉末、バーミキュライト、木粉、高分子吸水剤等が用いられる。

本発明において、発熱組成物を収納する通気性を有する内袋としては、発熱組成物を内袋の内部に保持するとともに、使用中に破袋を生じることがなく、良好な発熱特性を得るために必要な通気性を有するものが使用される。内袋の構成としては、内袋の片面を通気性包装材とし、片面を非通気性包装材とすることができるが、袋の両面に通気性包装材を用いることもできる。通気性包装材としては、例えば微細な貫通孔を有する多孔性フィルム単独の包装材、不織布にポリオレフィン系フィルム等がラミネートされた非通気性包装材に微細な孔をあけて通気性を持たせた包装材、多孔質フィルムに不織布を貼り合せた包装材、あるいは繊維が積層され熱圧着されて通気性を制御された不織布より成る包装材等が用いられる。

非通気性包装材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の非通気性フィルム、あるいはこれらのフィルムに不織布を貼り合せたもの等がある。本発明における発熱組成物を収納する内袋は、通常はこれらの通気性包装材を２枚、あるいは通気性包装材と非通気性包装材とを熱融着性を有する面が互いに内側となるようにして重ね合せ、周辺を加熱融着して袋状に成形するとともに、発熱組成物を充填して内袋とされる。

また、内袋には必要に応じて片面の表面に粘着剤層が設けられる。粘着剤層を設ける場合には、通常は非通気性の包装材の表面に設けられる。粘着剤層は、発熱袋の装着部に粘着固定することができ、被粘着物への転着を生じることがなく、かつ発熱袋として使用されるまでの長期保存中に変質することがないものであればいかなるものでも用いることができる。また、粘着剤層の表面は、通常は使用されるまで剥離紙などにより被覆される。このような粘着剤層を設けることによりにより、例えば、衣服や履物等に貼り付けて使用することができる。

本発明の発熱袋は、内袋をさらに非通気性の外袋に密封したものである。本発明の発熱袋は、通常は外袋包装材２枚をシーラントフィルム等の熱融着性面が互いに内側となるようにして重ね合せ、周辺を加熱融着して袋状に成形するとともに、内袋を密封して得られる。発熱袋の大きさは、使用目的および発熱袋の装着部位によって異なり、一概には特定できないが、通常は名刺と同等程度の大きさから、日本工業規格Ａ列３番程度の大きさまでのものが用いられる。

また、発熱袋の形状としては、矩形状に限られず、円形状、楕円形状、動物あるいは植物をかたどった形状のものとすることもできる。また、偏平状の発熱袋の他、一枚の包装材で発熱組成物を略球形状に収納しクリップなどで結束したいわゆる巾着型発熱袋、及び四面体状の包装袋に発熱組成物を収納したいわゆるテトラパック型発熱袋、六面体状の包装袋で構成されたサイコロ型発熱袋等、いずれの形状においても同様に適用することができる。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

［実施例１］
（発熱袋の製作）
窒素ガス雰囲気下で、鉄粉が５８ｗｔ％、活性炭が６ｗｔ％、塩化ナトリウムが６ｗｔ％、水が２４ｗｔ％、保水剤が６ｗｔ％となるように発熱組成物を調製した。（無機電解質の含有量は、水１００重量部に対して２５重量部）
次に、ナイロン不織布とポリエチレンフィルムを含む包装材に針孔を設けた通気性の包装材２枚を、熱融着性面が互いに内側となるようにして重ね合せ、周辺を加熱融着して袋状に成形するとともに、前記の発熱組成物６０ｇを密封して１３５ｍｍ×１００ｍｍの大きさの偏平状の内袋を製作した。
さらに、この内袋を、ポリエチレンフィルムとポリ塩化ビニリデンコートフィルムを含む包装材からなる非通気性の偏平状の外袋（透湿度３ｇ／ｍ^２・２４Ｈｒ（９０％ＲＨ４０℃））に密封して発熱袋を得た。

（発熱袋の評価）
前述のようにして製作した発熱袋５袋を、温度５０℃、湿度３５％ＲＨの試験室に１７日間放置して、発熱袋の加速劣化試験を行なった。この条件は、東京における平均の環境下（平均温度１６℃、平均湿度６３％ＲＨ）で、発熱袋を約１１０５日間放置することに相当する。
その後、温度２０℃、湿度６５％ＲＨの試験室で、発熱袋から内袋を取出し中央部に温度センサーを取付けて、４０℃以上の温度が保持された時間を測定し、５袋の平均値を求めた。その結果を表１に示す。

［実施例２，３］
実施例１の発熱袋の製作において、塩化ナトリウムの含有量を、各々水１００重量部に対して３０重量部、３５重量部に変えたほかは実施例１と同様にして各々の発熱袋を５袋ずつ製作した。
その後、これらの発熱袋について、実施例１と同様にして発熱袋の評価を行なった。その結果を表１に示す。

［実施例４］
窒素ガス雰囲気下で、鉄粉が５８ｗｔ％、活性炭が６ｗｔ％、塩化ナトリウムが５ｗｔ％、塩化カルシウムが１ｗｔ％、水が２４ｗｔ％、保水剤が６ｗｔ％となるように発熱組成物を調製した。（無機電解質の含有量は、水１００重量部に対して２５重量部）この発熱組成物を用いたほかは実施例１と同様にして発熱袋を５袋製作した。
その後、これらの発熱袋について、実施例１と同様にして発熱袋の評価を行なった。その結果を表１に示す。

［実施例５，６］
実施例４の発熱袋の製作において、塩化カルシウムを、各々塩化マグネシウム、塩化カリウムに替えたほかは実施例４と同様にして各々の発熱袋を５袋ずつ製作した。
その後、これらの発熱袋について、実施例１と同様にして発熱袋の評価を行なった。その結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１の発熱袋の製作において、塩化ナトリウムの含有量を、水１００重量部に対して１３重量部に変えたほかは実施例１と同様にして発熱袋を５袋製作した。
その後、これらの発熱袋について、実施例１と同様にして発熱袋の評価を行なった。その結果を表１に示す。

以上のように、本発明の実施例の発熱袋は、長期の保存後において、比較例の発熱袋より良好な発熱特性を維持できることが確認された。

Claims (5)

1. 空気中の酸素と接触して発熱する発熱組成物が収納された通気性を有する内袋を、非通気性の外袋に密封した構成の発熱袋であって、発熱組成物が、被酸化性金属粉末、活性炭、水、無機電解質、及び保水材を含み、前記無機電解質の含有量が、前記水１００重量部に対して１５〜５０重量部となるように調製されてなることを特徴とする発熱袋。
2. 無機電解質が、塩化ナトリウムである請求項１に記載の発熱袋。
3. 無機電解質が、塩化ナトリウムとそれ以外の無機電解質からなる請求項１に記載の発熱袋。
4. 塩化ナトリウム以外の無機電解質が、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化第二鉄、及び硫酸ナトリウムから選ばれる１種以上である請求項３に記載の発熱袋。
5. 塩化ナトリウム以外の無機電解質の含有量が、塩化ナトリウム１００重量部に対して１００重量以下となるように調製された請求項３に記載の発熱袋。