JP3707850B2 - 蓄冷材組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄冷材組成物、具体的には含有する水の融解潜熱を利用して、熱を吸収または放出する蓄冷材組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、蓄冷材として、寒天ゲル、ポリビニルアルコールゲルまたはポリアクリル酸系の高吸水性樹脂ゲルを用いたものが知られている。これらのゲルを用いた蓄冷材では、冷凍したときの柔軟性がなくまた伝熱速度が早いため、そのまま氷枕または氷嚢として供するには不都合である。これらの問題を改善するため、上記のゲルに1価または多価アルコールを添加したり、スポンジ状の樹脂で包装することも行われているが必ずしも十分でない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、十分な蓄冷能力を有し、かつ冷凍したときにも柔軟性を有し、しかも、適度な伝熱性を有する蓄冷材を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、JIS K5101による吸油量が200ml/100g以上、平均粒径が0.1〜300μmの多孔質粒子に水を担持した蓄冷材組成物を提供する。
【0005】
本発明はまた、上記蓄冷材組成物をプラスチックの袋に充填してなる蓄冷材パックを提供する。
【0006】
【発明の実施の形態】
多孔質粒子はJIS K5101による吸油量が200ml/100g以上であることが必要である。吸油量が200ml/100gに満たない場合は水が多孔質粒子間にも存在するため、蓄冷効果を発現するのに必要な水を加えて冷凍したときに、粒子間が氷で結合されて柔軟性が損なわれる。吸油量のより好ましい範囲は230〜350ml/100gである。
【0007】
多孔質粒子は、平均粒径が0.1〜300μmであることが必要である。平均粒径が0.1μmに満たない場合は、この粒子径領域の多孔質粒子を経済的に生産することが困難であるうえ、集塵装置から粉もれが発生するなどの取扱い上の問題があるので不適当である。平均粒径が300μmを超える場合は、柔軟なプラスチックフィルムで包装された製品の場合表面の凹凸ができ人体に接触した場合などに不快感があるので不適当である。平均粒径が1μmを超える場合はさらに好ましい。
【0008】
多孔質粒子としては、シリカ、アルミナ、ゾノトライトなどの金属酸化物の1種あるいは2種以上を混合して使用できる。具体的には、シリカゲルまたは含水ケイ酸が好ましい。
【0009】
多孔質粒子は、BET式窒素吸脱着法による細孔容積が1.5ml/g以上あることが好ましい。細孔容積が1.5ml/gに満たない場合は、冷凍したときに粒子間が氷で結合されて柔軟性が損なわれるので好ましくない。細孔容積のより好ましい範囲は1.8〜2.2ml/gである。
【0010】
多孔質粒子の外形が球形である場合は、粒子の外表面積が少なく、粒子相互の凝集が少ないため、凍結時にも蓄冷材の柔軟性が高いので好ましい。
【0011】
多孔質粒子と混合する水の量(容積)は、吸油量に対して40〜70%であることが好ましい。水の量が吸油量の40%に満たない場合は、蓄冷能が不足するおそれがあるので好ましくない。水の量が70%を超える場合は、粒子間に存在する水の量が多くなり、冷凍した場合に柔軟性が損なわれるおそれがあるので好ましくない。たとえば、吸油量が300ml/100gの多孔質粒子の場合、粒子1gに対して水が1.20〜2.10mlが好ましい。ここで示される水分は自由水であり、結晶水などの多孔質粒子に構造的に含有される水は含まない。自由水は、180℃で乾燥したときに失われる水分をさす。
【0012】
多孔質粒子と混合する水の量(容積)は、細孔容積を基準とした場合は、細孔容積の60〜100%であることが好ましい。
【0013】
多孔質粒子と混合する水には、さらに無機塩類や有機物を添加することもできる。具体的には、無機塩類としては硫酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素カリウム、塩化カルシウムが挙げられる。有機物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1−オクタノール、オレイン酸、シクロヘキサン、1−デカノール、1−ノナノール、グリセリンなどの脂肪族系化合物および各種水溶性高分子が挙げられる。
【0014】
多孔質粒子と水は、均一に混合されていることが必要であり、たとえば遠心拡散渦流式原理を利用したレーディゲミキサーで混合することが好ましい。多孔質粒子には、無水物だけでなく含水物を利用できるが、含水物を利用する場合は適宜乾燥して水分を調整するのが好ましい。
【0015】
本発明の蓄冷材は、柔軟なプラスチックの袋に充填するなどして使用する。蓄冷材組成物をプラスチックの袋に充填してなる蓄冷材パックは、取扱いが容易で種々の目的に使用できる。使用に際しては、冷凍庫などで蓄冷材中の自由水を凍結させて用いる。
【0016】
【実施例】
例1
細孔容積1.92ml/g(日本ベル株式会社製、商品名ベルソープ28を使用し窒素吸脱着法で測定した。以下同じ。)、吸油量(JIS K5101による。以下同じ。)342ml/100g、平均粒径4.1μmで粒度分布が実質的に2.0〜12.7μmの範囲にある多孔質球状シリカゲル1.26kgを、ドラム容積20リットルのレーディゲミキサー(松坂技研株式会社製、商品名M20型)に仕込み、ショベル回転数230rpm、チョッパ回転数6000rpmでかき混ぜながら、水1.44kgを噴霧して添加し、約7分間混合して蓄冷材を得た。
【0017】
蓄冷材の外観は粉末状で、顕微鏡で観察したところ均一に混合されていることが確認された。蓄冷材5gを秤量瓶にとり180℃の恒温電気炉で2時間乾燥し乾燥減量から、多孔質物質1gあたりの水分量(以下単に水分量という。)を求めたところ1.44gであった。この値は、噴霧添加した水と原料のシリカゲルに含まれていた自由水の和である。吸油量に対する水分量(容積)の割合(以下Aという)は、42.2%であった。
【0018】
例2
水を1.85g噴霧添加した以外は例1と同様にして蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0019】
例3
細孔容積1.88ml/g、吸油量289ml/100g、平均粒径11.8μmで粒度分布が実質的に4.0〜20.0μmの範囲にある多孔質球状シリカゲル1.26kgに対し、水1.75kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0020】
例4
細孔容積1.65ml/g、吸油量262ml/100g、平均粒径4.3μmで粒度分布が実質的に1.2〜12.7μmの範囲にある多孔質球状シリカゲル1.26kgに対し、水1.45kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0021】
例5
細孔容積1.90ml/g、吸油量292ml/100g、平均粒径12.0μmで粒度分布が実質的に4.0〜20.0μmの範囲にある水分73.4重量%の含水多孔質球状シリカゲル3.02kgに対し、細孔容積1.88ml/g、吸油量289ml/100g、平均粒径11.8μmで粒度分布が実質的に4.0〜20.0μmの範囲にある水分10.6重量%の多孔質球状シリカゲル0.58kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0022】
例6
吸油量254ml/100g、平均粒径120μmで粒度分布が実質的に40〜250μmの範囲にある多孔質球状含水ケイ酸1.26kgに対し、水1.95kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0023】
例7
細孔容積1.90ml/g、吸油量292ml/100g、平均粒径12.0μmで粒度分布が実質的に4.0〜20.0μmの範囲にある水分73.4重量%の含水多孔質球状シリカゲル3.02kgと、吸油量243ml/100g、平均粒径100μmで粒度分布が実質的に30〜150μmの範囲にある水分9.00重量%の多孔質球状含水ケイ酸0.58kgを、例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0024】
例8
吸油量277ml/100g、平均粒径7.0μmで粒度分布が実質的に2〜26μmの範囲にある多孔質粉末状含水ケイ酸1.26kgに対し、水1.90kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0025】
例9
吸油量210ml/100g、平均粒径9.6μmで粒度分布が実質的に3〜40μmの範囲にある多孔質粉末状含水ケイ酸1.26kgに対し、水1.40kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0026】
例10(比較例)
細孔容積1.20ml/g、吸油量194ml/100g、平均粒径11.8μmで粒度分布が実質的に4.0〜20.0μmの範囲にある多孔質球状シリカゲル1.26kgに対し、水1.77kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0027】
例11(比較例)
細孔容積0.94ml/g、吸油量154ml/100g、平均粒径12.8μmで粒度分布が実質的に4.0〜20.0μmの範囲にある多孔質球状シリカゲル1.26kgに対し、水1.22kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0028】
例12(比較例)
吸油量195ml/100g、平均粒径9.8μmで粒度分布が実質的に3〜40μmの範囲にある多孔質球状シリカゲル1.26kgに対し、水1.67kgを例1と同様にして混合して蓄冷材を得た。例1と同様にして、水分量およびAの値を求め結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】
[柔軟性の評価]
例1〜12のシリカゲルと水の混合物を、厚さ60μm、寸法85mm×60mmのポリエチレン袋に包装厚さが12mmになるように包装し、約−18℃の冷凍庫で17時間冷凍して、表面の硬度をゴム硬度計(株式会社テクロック製)を用いJIS K6301にしたがって測定した。例10〜12では水分量が細孔容積より大きく、吸油量の70%を超えているため、板状に固結して、例1〜9に比較して高い硬度を示した。
【0031】
[冷凍・解凍繰り返し試験]
例1および例7について上記柔軟性評価を、−18℃冷凍、50℃温水解凍の繰り返しの後に行った。10回目および50回目に凍結したときの硬度を1回目の硬度とともに表2に示す。冷凍解凍を繰り返しても、柔軟性に変化は認められなかった。
【0032】
【表2】
【0033】
[冷却速度]
例1の蓄冷材100gを、厚さ70μm、120mm×180mmのポリエチレン袋に入れてなる蓄冷材パックを、約−18℃の冷凍庫で17時間冷凍した。発泡ポリエチレン製の断熱箱に30℃の水1kgを入れ、この冷凍蓄冷材パックを投入し水の温度変化を測定した。例10の蓄冷材についても同様に測定し、それぞれ結果を図1に示す。本発明の蓄冷材は、急激な温度変化がなく、かつ、冷却が長続きすることが示される。
【0034】
【発明の効果】
本発明の蓄冷材は、冷凍庫などで多孔質粒子中の水を凍結させて使用する。凍結時にも柔軟性を損なうことなく、また、水が溶解した後でも液状化することなく柔軟な粉末状を保つ。また、熱伝導率の低い多孔性物質で氷が覆われているので、従来の蓄冷材に比べて熱を吸収・冷却する速度がおそく長時間保冷でき、しかも直接肌に当てても冷やしすぎることがない。本発明の蓄冷材は、繰り返して使用しても性能の劣化が実質上なく経済的である。
【0035】
本発明の蓄冷材は、産業用、医療用、一般家庭用として広く使用できる。特に、柔軟性と緩慢な冷却速度に特徴があり、頭痛、歯痛、火傷治療のための氷嚢として、打ち身、捻挫の低温湿布などの医療用、高熱作業場や消防用防火服の保冷に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】例1および例10の蓄冷材の冷却効果を比較した図
Claims (6)
- JIS K5101による吸油量が200ml/100g以上、平均粒径が0.1〜300μmの多孔質粒子に水を担持した蓄冷材組成物。
- 多孔質粒子1gあたりに含有する水の容積が、吸油量の40〜70%である請求項1の蓄冷材組成物。
- 多孔質粒子がシリカゲルであり、BET式窒素吸脱着法による細孔容積が1.5ml/g以上である請求項1または2の蓄冷材組成物。
- 多孔質粒子が、含水ケイ酸である請求項1または2の蓄冷材組成物。
- 多孔質粒子の外形が球状である請求項1〜4いずれか1の蓄冷材組成物。
- 請求項1〜5いずれか1の蓄冷材組成物をプラスチックの袋に充填してなる蓄冷材パック。
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