JP5248323B2 - 制御された加熱プロファイルを有する熱デバイス - Google Patents

Description

ある種の金属粉末（例えば鉄粉末）は、空気及び水分の存在下で酸化される。酸化反応が発熱反応であり、熱を発生させるために、この金属粉末は、発熱組成物に組み入れられて暖かさを提供してきた。例えば、従来の発熱組成物は、金属粉末、活性炭、及びハロゲン化金属を含有していた。活性炭は、触媒として作用して発熱反応を促進するものであり、一方、ハロゲン化金属は、金属粉末上の表面酸化膜を除去して反応を十分な程度まで進行させることができるものであった。残念ながら、このような発熱組成物を基体に付与しようと試みるときに、種々の問題が存在する。具体的に述べると、発熱組成物は付与工程中に水分に露出されるようなことがあると、発熱反応が早期に起こる可能性がある。これにより、最終的には発熱組成物の品質を低下させ、種々の他の問題、例えば、凝固に起因する取り扱い上の困難性の増大のような問題をもたらすことになる。これらの問題及び他の問題を克服しようと試みて、種々の技術が開発されてきた。例えば、Ｕｓｕｉの米国特許第６，４３６，１２８号は、発熱物質、吸水性ポリマー及び／又は粘着付与剤、炭素成分及び／又は金属ハロゲン化物、及び水を含有する発熱組成物を記載している。過量の水を組成物に用いて、空気との早期酸化反応を抑制する。一旦調合されると、Ｕｓｕｉの発熱組成物は、薄いポーチ内に積層されて密封される。ポーチは、シールが破壊されると、発熱反応が空気及び水分に露出したときに進行することができるように、組成物から水を吸収する。従来の技術の一定の問題を克服したにもかかわらず、Ｕｓｕｉは、依然として多くの消費者向け用途には複雑すぎる。更に、多くの場合このようなデバイスにおいては、発熱物質の反応速度を制御するのは困難である。

したがって、作るのが簡単であり効果的で比較的安価であり、かつ容易に制御可能でもある改良された熱デバイスの必要性が現在ある。

米国特許第６，４３６，１２８号 米国特許第３，８４９，２４１号 米国特許第４，３４０，５６３号 米国特許第３，６９２，６１８号 米国特許第３，８０２，８１７号 米国特許第３，３３８，９９２号 米国特許第３，３４１，３９４号 米国特許第３，５０２，７６３号 米国特許第３，５０２，５３８号 米国特許第３，５４２，６１５号 米国特許第５，３８２，４００号 米国特許第４，１００，３２４号 米国特許第５，２８４，７０３号 米国特許第５，３５０，６２４号 米国特許第５，６９３，３８５号 米国特許第５，８３４，１１４号 米国特許第６，５１７，９０６号 米国特許第６，５７３，２１２号 米国特許出願第２００２／０１４１９６１ 米国特許出願第２００４／０１６６２４８ 米国特許第３，９０１，２３６号 米国特許第４，０７６，６６３号 米国特許第４，２８６，０８２号 米国特許第５，３３２，６１３号 米国特許第４，６６３、２２０号 米国特許第４，３２３，５３４号 米国特許第４、８３４、７３８号 米国特許第５，０９３，４２２号 米国特許第５，３０４，５９９号 米国特許第５，２７８，２７２号 米国特許第５，２７２，２３６号 米国特許第５，５３９，０５６号 米国特許第５，５９６，０５２号 米国特許第６，７９４，０２４号 米国特許第５，８４３，０５７号 米国特許第５，８５５，９９９号 米国特許第５，９３２，４９７号 米国特許第５，９９７，９８１号 米国特許第６，００２，０６４号 米国特許第６，０１５，７６４号 米国特許第６，０３７，２８１号 米国特許第６，１１１，１６３号 米国特許第６，４６１，４５７号 米国特許第４，３４１，２１６号 米国特許第４，７５８，２３９号 米国特許第５，６２８，７３７号 米国特許第５，８３６，９３２号 米国特許第６，１１４，０２４号 米国特許第６，１５３，２０９号 米国特許第６，１９８，０１８号 米国特許第６，２０３，８１０号 米国特許第６，２４５，４０１号 米国特許第５，８４３，０５７号 米国特許第５，８５５，９９９号 米国特許第６，００２，０６４号 米国特許第６，０３７，２８１号 米国特許出願番号ＷＯ９９／１２７３４ 米国特許第５，２１３，８８１号 米国特許第５，６５６、３５５号 米国特許第５，５９９、５８５号 米国特許第５，５６２，９９４号 米国特許第５，３１６，８３７号 米国特許第５，３８２，４００号 米国特許第５，４１８，９４５号 米国特許第５，９０６，８７９号 米国特許第６，１９７，０４５号 米国特許第６，１４９，９３４号 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、６０巻、１９３８年、３０９ページ

本発明の１つの実施形態によれば、酸化性金属から形成された発熱組成物を備える熱デバイスが開示され、発熱組成物を酸素及び水分に露出することにより、発熱反応を活性化して熱を発生させる。熱デバイスはまた、保水層と、水分を発熱組成物に供給することができる該保水層に付与された１つ又はそれ以上の溶質を含む水溶液とを備える。

本発明の別の実施形態によれば、熱を発生させるための方法が開示される。本方法は、酸素に熱デバイスを露出して、熱デバイスの１つ又はそれ以上の表面が、２０分又はこれより短い時間内に約３５℃から約５５℃の高温に到達する制御された加熱プロファイルを達成する段階を含む。熱デバイスは、酸化性金属から形成された発熱組成物と、約５１％の初期相対湿度及び約２２℃の温度で求めた約０．０５％から約０．５％の比率で蒸発する水溶液を含有する保水層とを備える。

本発明の他の特徴及び態様は、以下により詳細に記載されている。

当業者に向けられる本発明の最良の形態を含む本発明の完全で実施可能な程度の実施形態は、添付図面を参照して本明細書の残りの部分により詳細に記載される。

本明細書で用いられる場合、「不織布又はウエブ」という用語は、互いに組み合わされているが、編み布のように識別可能な形ではない個別の繊維又は糸の構造を持つウエブを意味する。不織布又はウエブは、例えば、メルトブロー法、スパンボンド法、ボンデッドカーデッドウエブ法、その他などの多くの方法から形成されてきた。

本明細書で用いられる場合、「メルトブロー」という用語は、複数の微細な、通常は円形のダイ毛管を通して、溶融状態の熱可塑性材料を収束高速気体（例えば空気）流中に溶融状態の繊維として押し出し、この気体が溶融状態熱可塑性材料の繊維を細くして、マイクロファイバーの直径にすることができるその直径を減少させることにより繊維が形成される方法を意味する。その後、メルトブローン繊維は高速気体流により運ばれて、集積表面に堆積され、ランダムに分散されたメルトブローン繊維のウエブを形成する。このような方法は、例えば、Ｂｕｔｉｎ他の米国特許第３，８４９，２４１号に開示され、この特許は、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。一般的に言えば、メルトブローン繊維は、連続的又は不連続的とすることができるマイクロファイバーとすることができ、一般的には直径は１０ミクロンよりも小さく、かつ集積表面上に堆積されると一般的には粘着性である。

本明細書で用いられる場合、「スパンボンド」という用語は、複数の微細な、通常は円形の紡糸金口の毛管から溶融状態熱可塑性材料を押し出し、その押し出された繊維の直径を、例えば、引き出し延伸及び／又は他のよく知られているスパンボンド機構によるように急激に減少させることにより、小さな直径の実質的に連続的繊維が形成される方法を意味する。スパンボンド不織ウエブの製品は、例えば、Ａｐｐｅｌ他の米国特許第４，３４０，５６３号、Ｄｏｒｓｃｈｎｅｒ他の米国特許第３，６９２，６１８号、Ｍａｔｓｕｋｉ他の米国特許第３，８０２，８１７号、Ｋｉｎｎｅｙの米国特許第３，３３８，９９２号、Ｋｉｎｎｅｙの米国特許第３，３４１，３９４号、Ｈａｒｔｍａｎの米国特許第３，５０２，７６３号、Ｌｅｖｙの米国特許第３，５０２，５３８号、Ｄｏｂｏ他の米国特許第３，５４２，６１５号、Ｐｉｋｅ他の米国特許第５，３８２，４００号に記載されかつ図示されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれらを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。スパンボンド繊維は、これらが集積表面上に堆積されると一般的には粘着性はない。スパンボンド繊維は、約４０ミクロンよりも小さな直径を有する場合があり、多くの場合約５から約２０ミクロンである。

本明細書で用いられる場合、「コフォーム」という用語は、一般的には熱可塑性繊維及び二次非可塑性材料の混合物又は安定化マトリックスを含む複合材料を意味する。実施例として、コフォーム材料は、少なくとも１つのメルトブローンダイヘッドがシュートの近くに配列され、このシュートを通して該シュートが形成される間他の材料がウエブに加えられる方法によって作ることができる。このような他の材料は、制限されるものではないが、綿、レーヨン、再生紙、パルプフラフなどの木質又は非木質パルプ、並びに同様に超吸収性粒状物、無機及び／又は有機吸収性材料、処理済みポリマーステープル繊維及びその他などの繊維性有機材料を含むことができる。このようなコフォーム材料の幾つかの実施例は、Ａｎｄｅｒｓｏｎ他の米国特許第４，１００，３２４号、Ｅｖｅｒｈａｒｔ他の米国特許第５，２８４，７０３号、及びＧｅｏｒｇｅｒ他の米国特許第５，３５０，６２４号に開示され、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれらを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

本明細書で用いられる場合、「水蒸気透過率」（ＷＶＴＲ）は、２４時間当たり平方メートル当たりのグラム単位（ｇ／ｍ²／２４時）で測定したとき、水蒸気が材料を透過する比率を一般的には意味する。材料のＷＶＴＲを求めるのに用いる試験は、材料の性質を基にして変更することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、ＷＶＴＲは、ＡＳＴＭ標準Ｅ−９６Ｅ−８０により一般的には求めることができる。この試験は、最高約３，０００ｇ／ｍ²／２４時のＷＶＴＲを有すると考えられる材料に特に適しているとすることができる。ＷＶＴＲを測定するための別の方法は、ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ１００Ｋ水蒸気透過解析システムの使用を含み、これは米国ミネソタ州ミネアポリスのモダン・コントロールズ・インコーポレーテッドから商業的に入手可能である。このようなシステムは、約３，０００ｇ／ｍ²／２４時よりも大きなＷＶＴＲを有すると考えられる材料に特によく適しているとすることができる。しかしながら、当技術分野でよく知られているように、ＷＶＴＲを測定するための他のシステム及び技術をまた利用することができる。

本明細書で用いられる場合、「通気性」という用語は、水蒸気及び気体は透過するが、液体水は透過しないことを意味する。例えば、「通気性バリア」及び「通気性フィルム」は、水蒸気がこれらを貫通することができるが、液状の水に対しては実質的に不透過性である。材料の「通気性」は、水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）に関して測定され、より高い数値はより多くの蒸気透過性の材料を表し、より低い数値はより少ない蒸気透過性の材料を表す。通気性材料は、例えば、２４時間当たり平方メートル当たり少なくとも約１００グラム（ｇ／ｍ²／２４時）、幾つかの実施形態においては約５００から約２０，０００ｇ／ｍ²／２４時、及び幾つかの実施形態においては約１，０００から約１５，０００ｇ／ｍ²／２４時の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有することができる。

以下において、本発明の種々の実施形態について詳細に言及し、その１つ又はそれ以上の実施例を後述する。各実施例は、説明のために提示するものであり、本発明を限定するものではない。実際に、当業者であれば、種々の修正及び変更を本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、本発明において行うことができる点は明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として図示され又は記載された特徴は、別の実施形態に用いられて更に別の実施形態をもたらすことができる。したがって、本発明は、このような実施形態及び変形形態を包含することが意図される。

一般的に言えば、本発明は、発熱組成物を含有する熱デバイスに関する。発熱組成物は、水分及び酸素の存在下で酸化反応を受けて熱を発生させることができる金属を含む。本発明者らは、熱デバイスの一定の態様を最適化して、使用中制御された量の水分及び／又は酸素を発熱組成物に供給することができることを発見した。これらの反応物質の供給装置全体にわたる選択的制御を通して、加熱プロファイルを達成することができ、速やかに高温に到達して長時間期間にわたって維持される。例えば、約３０℃から約６０℃、幾つかの実施形態においては約３５℃から約５５℃、並びに幾つかの実施形態においては約３７℃から約４３℃の高温は、２０分又はこれより短い及び幾つかの実施形態においては１０分又はこれより短い時間内に達成することができる。この高温は、少なくとも約１時間、幾つかの実施形態においては少なくとも約２時間、幾つかの実施形態においては少なくとも約４時間、及び幾つかの実施形態においては少なくとも約１０時間（例えば一晩の使用）の間、実質的に維持することができる。

発熱組成物は、酸化性金属、炭素成分、結合剤、電解質塩、及びその他を含む様々な異なる成分から形成することができる。このような金属の実施例は、制限されるものではないが、鉄、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、及びその他を含む。必須ではないが、金属を最初に粉末形状で準備し、取り扱いを容易にして費用を低減することができる。粗金属（例えば鉄）から不純物を除去して粉末を形成するための種々の方法は、例えば、溶剤抽出法、イオン交換法、及び金属元素を分離するための電解精製法などの湿式処理、酸素及び窒素などのガス状元素を除去するための水素ガス（Ｈ₂）処理、浮遊帯溶融精製法を含む。このような技術を用いて、金属純度を少なくとも約９５％、幾つかの実施形態においては少なくとも約９７％、及び幾つかの実施形態においては少なくとも約９９％にすることができる。金属粉末の粒子の大きさはまた、約５００マイクロメートルより小さく、幾つかの実施形態においては約１００マイクロメートルより小さく、及び幾つかの実施形態においては約５０ミクロンより小さくすることができる。このような小さな粒状物の使用により、空気と金属の接触面を増大し、これによって望ましい発熱反応の可能性及び効率を改善することができる。採用する金属粉末の濃度は、金属粉末の性質及び発熱及び／又は酸化反応の望ましい程度に応じて一般的には変更することができる。ほとんどの実施形態においては、金属粉末は、約４０重量パーセントから約９５重量パーセント、幾つかの実施形態においては約５０重量パーセントから約９０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約６０重量パーセントから約８０重量パーセントの量で発熱組成物中に存在する。

酸化性金属に加えて、炭素成分もまた、本発明の発熱組成物に利用することができる。理論によって限定されることを意図することなく、このような炭素成分が、金属の酸化反応を促進しかつ熱を発生させるために触媒として作用すると考えられる。炭素成分は、活性炭、カーボンブラック、黒鉛、及びその他とすることができる。利用するとき、活性炭は、おがくず、木材、炭、泥炭、褐炭、瀝青炭、ココナツの殻、その他から形成することができる。活性炭のいくつかの好適な形態及び活性炭を形成するための技術は、Ｐａｒｋｓの米国特許第５，６９３，３８５号、Ｅｃｏｎｏｍｙ他の米国特許第５，８３４，１１４号、Ｅｃｏｎｏｍｙ他の米国特許第６，５１７，９０６号、ＭｃＣｒａｅ他の米国特許第６，５７３，２１２号、並びにＦａｌａｔ他の米国特許出願公報第２００２／０１４１９６１、及びＨｕ他の米国特許出願公報第２００４／０１６６２４８に記載されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

発熱組成物はまた、基体に付与するとき、該発熱組成物の耐久性を高めるために結合剤を採用することができる。結合剤はまた、一方の基体を他方の基体に結合するため接着剤として機能を果たすことができる。一般的に言えば、様々な結合剤のいずれも、本発明の発熱組成物に用いることができる。好適な結合剤は、例えば、架橋結合すると水に不溶性になるものを含むことができる。架橋結合は、多機能架橋結合剤と結合剤の反応を含む様々な方法で達成することができる。このような架橋結合剤の実施例は、制限されるものではないが、ジメチロール尿素メラミン−ホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデヒド、ポリアミドエピクロルヒドリン、その他を含む。

幾つかの実施形態においては、ポリマーラテックスを、結合剤として採用することができる。ラテックスに用いるのに好適なポリマーは、結果として得られる基体のフレキシビリティが実質的に制限されないように、典型的には約３０℃又はこれより低いガラス遷移温度を有する。更に、ポリマーはまた、典型的には約２５℃又はこれより高いガラス遷移温度を有し、ポリマーラテックスの粘着性を最小にする。例えば、幾つかの実施形態においては、ポリマーは、約−１５℃から約１５℃、及び幾つかの実施形態においては約−１０℃から約０℃のガラス遷移温度を有する。例えば、本発明に利用することができる幾つかの好適なポリマーラテックスは、制限されるものではないが、スチレン−ブタジエンコポリマー、ポリビニルアセテートホモポリマー、ビニル−アセテートエチレンコポリマー、ビニル−アセテートアクリルコポリマー、エチレン−ビニルクロリドコポリマー、エチレン−ビニルクロリド−ビニルアセテートターポリマー、アクリルポリビニルクロリドポリマー、アクリルポリマー、ニトリルポリマー、及び当技術分野で知られているあらゆる他の好適なアニオン性ポリマーラテックスポリマーなどのポリマーを基にすることができる。上述のポリマーラテックスの変化は、当技術分野でよく知られているように、ポリマーラテックスの準備中に望ましい変化を有する安定化剤を利用することによって容易に変更することができる。炭素／ポリマーラテックス系の特定の技術は、ＭｃＣｒａｅ他の米国特許第６，５７３，２１２号により詳細に記載されている。本発明に用いることができる活性炭／ポリマーラテックス系は、Ｎｕｃｈａｒ（登録商標）ＰＭＡ、ＤＰＸ−８４３３−６８Ａ、及びＤＰＸ−８４３３−６８Ｂを含み、これらのすべては米国コネティカット州スタンフォードのＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ Ｃｏｒｐ．から入手可能である。

必要に応じて、ポリマーラテックスは、加熱、イオン化、その他などの当技術分野で知られているあらゆる技術を用いて架橋結合することができる。好ましくは、ポリマーラテックスは、外部架橋結合剤（例えばＮ−メチロールアクリルアミド）が架橋結合を含むことが必須ではないという点で自己架橋結合である。特定的には、架橋結合剤は、ポリマーラテックスと該ポリマーラテックスが付与される基体との間に結合形成をもたらすことができる。このような結合は、熱を発生させる上で基体の有効性に干渉する場合があり得る。したがって、ポリマーラテックスは、実質的に架橋結合剤なしとすることができる。詳細には好適な自己架橋結合ポリマーラテックスは、ＤＵＲ−Ｏ−ＳＥＴ（登録商標）Ｅｌｉｔｅ（例えばＰＥ−２６２２０Ａ）という名称で米国テキサス州ダラスのセラニーズ・コーポレーションから入手可能なエチレン−ビニルアセテートコポリマーである。代替的には、フリーラジカルスカベンジャー、メチルヒドロキノン、ｔ−ブチルカテコール、ｐＨ制御剤（例えば水酸化カリウム）等の架橋結合の程度を低下させる阻害剤を単に採用することができる。

ポリマーラテックスは、本発明で結合剤として効果的に用いることができるが、このような化合物は、ドレープ性の低下及び残臭の増加を生じる場合がある。したがって、本発明者は、水溶性有機ポリマーがまた、このような問題を軽減するために単独又はポリマーラテックスと併せてのいずれかで結合剤として採用することができることを発見した。例えば、本発明において好適であることが分かっている水溶性有機ポリマーの１つのクラスは、ポリサッカリド及び該ポリサッカリドの誘導体である。ポリサッカリドは、陽イオン性、陰イオン性、非イオン性、及び／又は両性とすることができる繰り返し炭水化物ユニットを含有するポリマーである。１つの詳細な実施形態においては、ポリサッカリドは、非イオン性、陽イオン性、陰イオン性、及び／又は両性セルロースエーテルである。好適な非イオン性セルロースエーテルは、制限されるものではないが、メチルセルロース及びエチルセルロースなどのアルキルセルロースエーテル、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシブチルセルロース及びヒドロキシエチルヒドロキシプロピルヒドロキシブチルセルロースなどのヒドロキシアルキルセルロースエーテル、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシプロピルセルロース、メチルエチルヒドロキシエチルセルロース及びメチルエチルヒドロキシプロピルセルロースなどのアルキルヒドロキシアルキルセルロースエーテル、及びその他を含むことができる。

好適なセルロースエーテルは、例えば、「ＢＥＲＭＯＣＯＬＬ」という名称で米国コネティカット州スタンフォードのアクゾノーベルから入手可能なものを含むことができる。更に他の好適なセルロースエーテルは、メトロース型ＳＭ（メチルセルロースｍｅｔｈｙｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、メトロース型ＳＨ（ヒドロキシプロピルメチルセルロース）、及びメトロース型ＳＥ（ヒドロキシエチルメチルセルロース）を含む「ＭＥＴＯＬＯＳＥ」という名称で日本の東京の信越化学工業株式会社から入手可能なものである。好適な非イオン性セルロースエーテルの１つの特定の実施例は、１．８のメトキシル置換（ＤＳ）をある程度有するメチルセルロースである。メトキシル置換の程度は、反応した各無水グルコースユニット上に存在する水酸基の平均数を表し、該平均数は０から３の間で変更することができる。１つのこのようなセルロースエーテルは、ＭＥＴＯＬＯＳＥ ＳＭ−１００であり、これは、信越化学工業株式会社から商業的に入手可能なメチルセルロースである。他の好適なセルロースエーテルはまた、「ＣＵＬＭＩＮＡＬ」という名称で米国デラウエア州ウィルミントンのハーキュリース・インコーポレーテッドから入手可能である。

発熱組成物における炭素成分及び／又は結合剤の濃度は、一般的には基体の望ましい濃度を基にして変更することができる。例えば、炭素成分の量は、基体の他の特性に悪影響を与えることなく酸化／発熱反応を促進するように一般的には調整される。典型的には、炭素成分は、約０．０１重量パーセントから約２０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１重量パーセントから約１５重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約１重量パーセントから約１２重量パーセントの量で発熱組成物中に存在する。加えて、比較的高い結合剤の濃度は、発熱組成物により良好な物理的特性を与えることができるが、これらの特性は、発熱組成物が付与される基体の吸収能力のような他の特性に同様に悪影響を与える可能性がある。反対に、比較的低い結合剤の濃度は、発熱組成物の能力を低下させて基体上に加えられたままにすることができる。したがって、ほとんどの実施形態においては、結合剤は、約０．０１重量パーセントから約２０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１重量パーセントから約１０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約０．５重量パーセントから約８重量パーセントの量で発熱組成物中に存在する。

更に他の成分はまた、本発明の発熱組成物に採用することができる。例えば、当技術分野でよく知られているように、電解質塩を採用してあらゆる保護酸化層と反応してこれを除去することができ、該保護酸化層は、他の方法で金属が酸化しないようにしてもよい。好適な電解質塩は、これらに制限されるものではないが、塩化ナトリウム、塩化カリウム、その他などのアルカリハロゲン化物又は硫酸塩、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、その他などのアルカリ性ハロゲン化物又は硫酸塩、並びにその他を含むことができる。採用するときには、電解質塩は、典型的には、約０．０１重量パーセントから約１０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１重量パーセントから約８重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約１重量パーセントから約６重量パーセントの量で発熱組成物中に存在する。

加えて、粒状物はまた、水分リテーナとして作用する発熱組成物内に採用することができる。すなわち、酸化／発熱反応前に、これらの粒状物は水分を保持することができる。しかしながら、反応が一定の程度まで進行して水分の濃度が低下した後、粒状物は、水分を放出して反応を継続することを可能にすることができる。水分リテーナとしての作用の他に、粒状物はまた、本発明の発熱組成物に他の利点を提供することができる。例えば、粒状物は、普通は炭素成分及び／又は金属粉末と関連する黒色を変化させることができる。利用するとき、保水粒状物の大きさは、約５００ミクロンよりも小さく、幾つかの実施形態においては約１００ミクロンよりも小さく、及び幾つかの実施形態においては約５０ミクロンよりも小さくすることができる。同様に、粒状物は多孔性にすることができる。理論によって限定されることを意図することなく、多孔性粒状物は、より良好に金属粉末と接触するように空気及び／又は水蒸気に通路を与えることができると考えられる。例えば、粒状物は、約５オングストロームよりも大きな、幾つかの実施形態においては約２０オングストロームよりも大きな、及び幾つかの実施形態においては約５０オングストロームよりも大きな平均直径の微細孔／チャネルを有することができる。このような粒状物の表面積はまた、約１５平方メートル／グラムよりも大きく、幾つかの実施形態においては約２５平方メートル／グラムよりも大きく、及び幾つかの実施形態においては約５０平方メートル／グラムよりも大きくすることができる。表面積は、吸着ガスとして窒素を用いるＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、６０巻、１９３８年、３０９ページのＢｒｕａｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔ、及びＴｅｌｌｅｒの物理ガス吸着（Ｂ．Ｅ．Ｔ．）法によって求めることができる。

１つの特定の方法においては、多孔性炭素粒状物（例えば炭酸カルシウム）を用いて、水分を保持し、普通は活性炭及び／又は金属粉末と関連する黒色を変化させることもできる。このような色の変化は、特に被膜が消費者／個人的使用のために設計された基体上に採用されるとき、使用者にとってより美学的に美しくすることができる。好適な白色炭酸カルシウム粒状物は、米国バーモント州プロクターのオムヤ・インコーポレーテッドから乾燥及び水性スラリー形態の両方で商業的に入手可能である。水分を保持することができる更に他の好適な無機粒状物は、制限されるものではないが、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム（例えば雲母粉、粘土、その他）、ケイ酸マグネシウム（例えばタルク）、珪岩、ケイ酸カルシウムホタル石、バーミキュライト、その他などのケイ酸塩、アルミナ、シリカ、及びその他を含む。粒状物の濃度は、粒状物の性質、並びに発熱反応及び色の変化の望ましい程度に応じて一般的には変更することができる。例えば、粒状物は、約０．０１重量パーセントから約３０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１重量パーセントから約２０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約１重量パーセントから約１５重量パーセントの量で発熱組成物中に存在させることができる。

上述の成分に加えて、界面活性剤、ｐＨ調整剤、染料／色素／インク、粘度調整剤、その他などの他の成分はまた、本発明の発熱被膜に含めることができる。粘度調整剤を用いて、例えば、望ましい被膜プロセス及び／又は被膜基体の性能を基にして被膜製剤の粘度を調整することができる。好適な粘度は、キサンタンゴムのようなゴムを含むことができる。セルロースエーテルなどの結合剤はまた、好適な粘度調整剤として機能することができる。採用するとき、このような付加的成分は、典型的には約５重量パーセントよりも小さい、幾つかの実施形態においては約２重量パーセントよりも小さい、及び幾つかの実施形態においては約０．００１重量パーセントから約１重量パーセントの発熱被膜を構成する。

必ずしも必須ではないが、発熱組成物が、熱デバイスの他の機能を果たし又は発熱組成物用の物理的キャリアとして単に作用する基体上に被膜されるのが通常は望ましい。あらゆる種類の基体は、本発明による発熱組成物を付与することができる。例えば、不織布、織布、編み布、紙ウエブ、フィルム、発泡体、その他は、発熱組成物を付与することができる。利用するとき、不織布は、制限されるものではないが、スパンボンドウエブ（孔形成され又は孔形成されない）、メルトブローンウエブ、ボンデッドカーデッドウエブ、空気堆積ウエブ、コフォームウエブ、油圧交絡ウエブ、及びその他を含むことができる。典型的には、基体を形成するのに用いるポリマーは、水分を蒸発させるのに必要な温度よりも高い軟化又は溶融温度を有する。このようなポリマーの１つ又はそれ以上の成分は、例えば、約１００℃から約４００℃、幾つかの実施形態においては約１１０℃から約３００℃、及び幾つかの実施形態においては約１２０℃から約２５０℃の軟化温度を有することができる。このようなポリマーの実施例は、制限されるものではないが、合成ポリマー（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ＫＥＶＬＡＲ（商標）、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリエステル、その他）、セルロースポリマー（軟材パルプ、硬材パルプ、サーモメカニカルパルプ、その他）、これらの組み合わせ、及びその他を含むことができる。

本発明の発熱組成物を基体に付与するために、成分は、最初に溶剤中に溶解するか又は分散させることができる。例えば、上述の成分の１つ又はそれ以上は、順次又は同時のいずれかで溶剤と混合して、容易に基体に付与することができる被膜製剤を形成することができる。成分を分散又は溶解することができるあらゆる溶剤は、好適な例えば水、エタノール又はメタノールなどのアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ペンタン、ブタン、へプタン、ヘキサン、トルエン及びキシレンなどの炭化水素、ジエチルエーテル及びテトラヒドロフランなどのエーテル、アセトン及びメチルエチルケトンなどのケトン及びアルデヒド、酢酸及びギ酸などの酸、並びにジクロロメタン及び四塩化炭素などのハロゲン化溶剤、更にこれらの混合物である。１つの特定の実施形態においては、例えば、水を溶剤として用いて、水性被膜製剤を形成するようにする。溶剤の濃度は、一般的には使用前に金属の酸化を阻止するだけ十分高い。特定的には、十分高い濃度で存在すると、溶剤は、空気が酸化性金属と早期に接触しないようにバリアとして作用することができる。しかしながら、溶剤の量が少なすぎる場合、発熱反応は早期に起こる可能性がある。同様に、溶剤の量が多すぎる場合、基体上に堆積された金属の量は、望ましい発熱効果を提供するには少なすぎるかも知れない。採用した溶剤（例えば水）の実際の濃度は、酸化性金属及び該酸化性金属をその上に付与する基体の種類によって一般的には決まることになるが、溶剤は、それにもかかわらず被膜製剤の約１０重量パーセントから約８０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約２０重量パーセントから約７０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約２５重量パーセントから約６０重量パーセントの量で典型的には存在するものとする。

皮膜製剤に付加された他の成分の量は、望ましい熱の量、利用する付与法のウェットピックアップに応じて変更することができる。例えば、被膜製剤内の酸化性金属の量（粉末形態で）は、一般的には約２０重量パーセントから約８０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約３０重量パーセントから約７０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約３５重量パーセントから約６０重量パーセントの範囲にわたる。加えて、炭素成分は、被膜製剤の約０．１重量パーセントから約２０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１重量パーセントから約１５重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約０．２重量パーセントから約１０重量パーセントを構成することができる。結合剤は、約０．０１重量パーセントから約２０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１重量パーセントから約１５重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約１重量パーセントから約１０重量パーセントを構成することができる。電解質塩は、被膜製剤の約０．０１重量パーセントから約１０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１重量パーセントから約８重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約１重量パーセントから約５重量パーセントを構成することができる。更に、保水粒状物（例えば炭酸カルシウム）は、被膜製剤の約２重量パーセントから約３０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約３重量パーセントから約２５重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約４重量パーセントから約１０重量パーセントを構成することができる。界面活性剤、ｐＨ調整剤、粘度調整剤、その他などの他の成分はまた、被膜製剤の約０．００１重量パーセントから約５重量パーセント、幾つかの実施形態においては約０．０１重量パーセントから約１重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約０．０２重量パーセントから約０．５重量パーセントを構成することができる。

被膜製剤の固形成分含有量及び／又は粘度を変更して、望ましい熱発生量を達成することができる。例えば、被膜製剤は、約３０パーセントから約８０パーセント、幾つかの実施形態においては約４０パーセントから約７０パーセント、及び幾つかの実施形態においては約５０パーセントから約６０パーセントの固形成分含有量を有することができる。被膜製剤の固形成分含有量を変更することによって、発熱組成物内の金属粉末及び他の成分の存在は、制御することができる。例えば、高レベルの金属粉末を有する発熱組成物を形成するために、被膜製剤が、大きな割合の金属粉末が付与プロセス中に発熱組成物内に組み入れられるように、比較的高い固形成分含有量を備えることができる。加えて、被膜製剤の粘度はまた、採用する結合剤の被膜法及び／又は種類に応じて変更することができる。例えば、低粘度は、飽和被膜技術（例えば浸漬被膜）に採用することができるが、高粘度は、滴下被膜技術に採用することができる。一般的には、粘度は、ＬＶスピンドルを有するブルックフィールドＤＶ−１粘度計で測定したように約２×１０⁶センチポアズよりも小さく、幾つかの実施形態においては約２×１０⁵センチポアズよりも小さく、幾つかの実施形態においては約２×１０⁴センチポアズよりも小さく、及び幾つかの実施形態においては約２×１０³センチポアズよりも小さい。必要に応じて、厚さ又は他の粘度調整剤を被膜製剤に採用して、粘度を増減させることができる。

被膜製剤は、バー、ロール、ナイフ、カーテン、印刷（例えば輪転グラビア印刷）、溶射、スロットダイ、滴下被膜、又は浸漬被膜技術などの従来の技術のいずれを用いても基体に付与することができる。基体（例えば繊維）を形成する材料は、該基体に組み入れる前及び／又は後に被膜することができる。被膜は、基体の片面又は両面に付与することができる。例えば、発熱組成物は、炎症の可能性を排除するために着用者又は使用者に面している基体とは反対にある基体の表面上に提示することができる。加えて、被膜製剤は、基体の表面全体を覆うことができ、又は表面の一部だけを覆うことができる。発熱組成物を複数の表面に付与すると、各表面を順次又は同時に覆うことができる。

被膜を付与する方法に関係なく、得られる熱基体は、典型的には一定の温度まで加熱されて、溶剤及びあらゆる水分を被膜から除去する。例えば、熱基体は、少なくとも約１００℃、幾つかの実施形態においては少なくとも約１１０℃、及び幾つかの実施形態においては少なくとも約１２０℃の温度まで加熱することができる。このようにして得られた乾燥発熱組成物は、無水すなわち一般的には水を含まない。水分の量を最小にすることによって、発熱組成物は、早期に反応して熱を発生させる可能性は低い。すなわち、酸化性金属は、幾分かの最小量の水も存在しない場合は一般的には酸素と反応しない。したがって、発熱組成物は、使用中水分の近傍に（例えば、水分を含有する層の近くに）置かれるまで不活性のままである可能性がある。しかしながら、比較的少量の水は、実質的な発熱反応を引き起こすことなく依然として発熱組成物中に存在する可能性がある点は理解する必要がある。幾つかの実施形態においては、例えば、発熱組成物は、重量で約０．５パーセントよりも少なく、幾つかの実施形態においては重量で約０．１パーセントよりも少なく、及び幾つかの実施形態においては重量で約０．０１パーセントよりも少ない量の水を含有する。

発熱組成物の固形添加量レベルはまた、必要に応じて変更することができる。「固形添加量レベル」は、処理済み基体（乾燥後）の重量から未処理基体の重量を差し引き、この計算された重量を未処理基体の重量で割り、次に１００パーセントを掛けることによって求められる。より低い添加量レベルは、一定の特性（例えば吸収性）を最適化することができるが、より高い添加量レベルは、熱発生を最適化することができる。幾つかの実施形態においては、例えば、添加量レベルは、約１００パーセントから約５０００パーセント、幾つかの実施形態においては約２００パーセントから約２４００パーセント、及び幾つかの実施形態においては約４００パーセントから約１２００パーセントである。発熱組成物の厚さはまた、変更することができる。例えば、厚さは、約０．０１ミリメートルから約５ミリメートル、幾つかの実施形態においては約０．０１ミリメートルから約３ミリメートル、及び幾つかの実施形態においては約０．１ミリメートルから約２ミリメートルの範囲にわたることができる。幾つかの場合には、比較的薄い被膜（例えば、約０．０１ミリメートルから約０．５ミリメートル）を採用することができる。このような薄い被膜は、依然として均一の加熱を提供しながら基体の柔軟性を高めることができる。

基体の吸収性、気孔率、柔軟性、及び／又は幾つかの他の特徴を維持するために、基体の１つ又はそれ以上の表面の区域の１００パーセントよりも小さい、幾つかの実施形態においては約１０パーセントから約８０パーセント、及び幾つかの実施形態においては約２０パーセントから約６０パーセントを覆うように、発熱組成物を付与するのが望ましい場合があり得る。例えば、１つの特定の実施形態においては、発熱組成物は、事前選択パターン（例えば、網状パターン、ダイヤモンド形状グリッド、ドット、及びその他）で基体に付与される。必須ではないが、このようなパターン化発熱組成物は、基体の表面積の実質的な部分を覆うことなく基体に十分な加温を提供することができる。これは、基体のフレキシビリティ、吸収性、又は他の特徴を最適化するのに望ましいものとなる。しかしながら、被膜はまた、基体の１つ又はそれ以上の表面に均一に付与することができる点は理解する必要がある。加えて、パターン化発熱組成物はまた、各ゾーンに対して異なる機能性を提供することができる。例えば、１つの実施形態においては、基体は、重ね合わせてもよいし重ね合わせなくてもよい被膜領域の２つ又はそれ以上のパターンで処理される。領域は、基体の同じ表面上又は異なる表面上とすることができる。１つの実施形態においては、基体の一方の領域は、第１の発熱組成物で被膜されるが、他方の領域は、第２の発熱組成物で被膜される。必要に応じて、一方の領域は、他方の領域と異なる量の熱を提供することができる。

機能的利点を有する他に、熱基体はまた、種々の美的利点も同様に有することができる。例えば、活性炭を含有するが、熱基体は、普通は活性炭と関連する黒色なしで作ることができる。１つの実施形態においては、白色又は明るい色の粒状物（例えば、炭酸カルシウム、二酸化チタン、その他）を発熱組成物に採用して、得られる基体が、灰色がかった又は青味がかった色を有するようにする。加えて、種々の色素、染料、及び／又はインクを採用して、発熱組成物の色を変化させることができる。基体はまた、発熱組成物のパターン化領域を付与して、異なる色の領域に有する基体を形成することができる。

他の基体はまた、熱基体の発熱特性を改善するために採用することができる。例えば、第１の熱基体は、第２の熱基体と併せて採用することができる。基体は、熱を表面に提供するために共に機能することができ、又は各々様々な基体に熱を提供することができる。加えて、本発明の発熱組成物を付与することなく、代わりに発熱組成物の反応性を単に促進する被膜を付与する基体を採用することができる。例えば、基体は、保水粒状物の被膜を含む本発明の熱基体の近く又は隣接して用いることができる。上述のように、保水粒状物は、発熱反応を活性化するために水分を保持しかつ放出することができる。

上述のように、水分及び酸素を発熱組成物に供給して、該発熱組成物を活性化する。望ましい加熱プロファイルを提供するために、水分が発熱組成物と接触することができる比率は、本発明により選択的に制御される。つまり、多すぎる水分が所定の時間期間内に供給される場合、発熱反応は、使用者を過度に温め又は炎症をきたす過剰の量の熱を生成する可能性がある。他方では、少なすぎる水分が所定の時間期間内に供給される場合、発熱反応は、十分に活性化されることはない。望ましい付与率は、勿論望ましい量の水分を手動で付与することによって例えば、手又はシリンジのような外部機器の助けによって達成することができる。代替的には熱デバイス自体は、水分放出率を制御するための機構を含むことができる。

水分付与率を制御するための機構として熱デバイスを用いるための１つの技術は、保水層の使用を含む。保水層を熱デバイスに採用して、水分を保持し、その水分を長時間期間にわたって発熱組成物に制御可能に放出することができる。保水層は、乾式成形技術、エアレイイング技術、カーディング技術、メルトブローン又はスパンボンド技術、湿式成形技術、発泡成形技術、その他のようなあらゆる技術を用いて形成された吸収性ウエブを含むことができる。エアレイイング法においては、例えば、約３から約１９ミリメートルの範囲の典型的な長さを有する小さな繊維の束は、分離して空気供給装置に連行され、次いで通常真空供給装置の助けによって成形スクリーン上に堆積される。次いでランダムに堆積された繊維は、例えば、熱風又は接着剤を用いて互いに結合される。

保水層は、典型的には天然及び／又は合成フラフパルプ繊維などのセルロース繊維を含有する。フラフパルプ繊維は、クラフトパルプ、亜硫酸パルプ、サーモメカニカルパルプ、その他とすることができる。加えて、フラフパルプ繊維は、ハイアベレージ繊維長パルプ、ローアベレージ繊維長パルプ、又はその混合物を含むことができる。好適なイアベレージ長フラフパルプ繊維の１つの実施例は、軟材クラフトパルプ繊維を含む。軟材クラフトパルプ繊維は、針葉樹から派生し、制限されるものではないが、アカスギ、エンビツビャクシン、ツガ、ダグラスファイア、トゥルファイア、松（例えば南方松）、トウヒ（例えばクロトウヒ）、これらの組み合わせ、及びその他を含む北方、西方、及び南方の軟材種などのパルプ繊維を含む。北方軟材クラフトパルプ繊維は、本発明に用いることができる。本発明に用いるのに好適な商業上入手可能な南方軟材クラフトパルプ繊維の１つの実施例は、「ＮＢ−４１６」という商標名で米国ワシントン州フェデラルウェイに所在するウエアハウザー・カンパニーから入手可能なものを含む。本発明に用いることができる別の種類のフラフパルプは、米国アラバマ州チルダースバーグのＵ．Ｓ．Ａｌｌｉａｎｃｅから入手可能なＣＲ１６５４という商標名で特定され、主として軟材繊維を含有する漂白済み高吸収性硫酸塩軟材パルプである。本発明に用いる更に別の好適なフラフパルプは、ＣｏｏｓＡｂｓｏｒｂ Ｓ ｐｕｌｐという商標名で米国南カロライナ州グリーンビルに所在するＢｏｗａｔｅｒ Ｃｏｒｐ．から入手可能な主として軟材繊維を含有する漂白済み硫酸塩木質パルプである。ローアベレージ長繊維はまた、本発明に用いることができる。好適なローアベレージ長パルプ繊維の実施例は、硬材クラフトパルプ繊維である。硬材クラフトパルプ繊維は、落葉樹から派生し、制限されるものではないが、ユーカリ、カエデ、カバノキ、アスペン、その他などのパルプ繊維を含む。ユーカリクラフトパルプ繊維は、柔軟性を増大させ、明るさを高め、不透明性を増大させ、かつシートの微細構造を変化させてその吸い上げ能力を増大させることが特に望ましいものとなる。

必要に応じて、保水層はまた、単一成分及び多成分（例えば二成分）繊維などの合成繊維を含有することができる。多成分繊維は、例えば、別個の押出機から押し出された少なくとも２つの熱可塑性ポリマーから形成された繊維であるが、一緒に紡がれて１つの繊維を形成する。鞘／芯多成分繊維においては、第１のポリマー成分は、第２のポリマー成分によって囲まれる。多成分繊維のポリマーは、繊維の断面全体にわたって実質的に連続的に位置付けられた明確なゾーン内に配列され、繊維の長さの範囲に沿って連続的に延びる。多成分繊維用のポリマーの種々の組み合わせは、本発明において有益とすることができるが、第１のポリマー成分は、典型的には第２のポリマー成分の融点よりも低い温度で溶融する。第１のポリマー成分の溶融により、繊維が粘着性骨格構造を形成することを可能にし、冷却するとパルプ繊維の多くを捕獲して結合する。典型点には、多成分繊維のポリマーは、ポリオレフィン（例えばポリエチレン鞘）が芯（例えばポリエステル）よりも低い温度で溶融するポリオレフィン／ポリエステル（鞘／芯）二成分繊維のような、様々な熱可塑性材料で作られる。例示的熱可塑性ポリマーは、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、及びこれらのコポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート）、ポリビニルアセテート、ポリビニルクロリドアセテート、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂（例えば、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、及びポリメチルメタクリレート）、ポリアミド（例えばナイロン）、ポリビニルクロリド、ポリビニリデンクロリド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、セルロース樹脂（例えば、セルロースニトレート、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、及びエチルセルロース）並びにエチレン−ビニルアセテートコポリマー、エチレン−アクリル酸コポリマー、スチレン−ブタジエンブロックコポリマー、及びその他などの上記材料のいずれかのコポリマーを含む。

保水層はまた、天然、合成及び修飾天然材料などの超吸収性材料を含むことができる。超吸収性材料は、０．９重量パーセント塩化ナトリウムを含有する水溶液中で、その重量の少なくとも約２０倍、場合によってはその重量の少なくとも約３０倍吸収することができる水膨潤性材料である。合成超吸収性材料のポリマーの実施例は、アルカリ金属並びにポリ（アクリル酸）及びポリ（メタクリル酸）のアンモニウム塩、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（ビニルエーテル）、ビニルエーテル及びアルファオレフィンの無水マレイン酸コポリマー、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（ビニルモルホリノン）、ポリ（ビニルアルコール）、並びにこれらの混合物及びコポリマーを含む。別の超吸収性材料は、加水分解アクリロニトリル−グラフト澱粉、アクリル酸グラフト澱粉、メチルセルロース、キトサン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどの天然及び修飾天然ポリマー、並びにアルギン酸塩、キサンタンゴム、イナゴマメゴム及びその他などの天然ゴムを含む。天然及び全体的に又は部分的に合成の超吸収性ポリマーの混合物はまた、本発明において有益である。他の好適な吸収性ゲル化材料は、Ａｓｓａｒｓｓｏｎ他の米国特許第３，９０１，２３６号、Ｍａｓｕｄａ他の米国特許第４，０７６，６６３号、及びＴｓｕｂａｋｉｍｏｔｏ他の米国特許第４，２８６，０８２号に開示され、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

超吸収性材料は、利用される場合には、保水層（乾燥ベースで）の約１重量パーセントから約４０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約５重量パーセントから約３０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約１０重量パーセントから約２５重量パーセントを構成することができる。同様に、多成分繊維は、保水層（乾燥ベースで）の約１重量パーセントから約３０重量パーセント、幾つかの実施形態においては約２重量パーセントから約２０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約５重量パーセントから約１５重量パーセントを構成することができる。セルロース繊維はまた、保水層（乾燥ベースで）の最大約１００重量パーセント、幾つかの実施形態においては約５０重量パーセントから約９５重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約６５重量パーセントから約８５重量パーセントを構成することができる。

本発明によれば、保水層からの水分の蒸発率を制御して、望ましい加熱プロファイルを達成することができることが発見された。蒸発率を制御することによって、望ましい量の水分は、所定の時間期間内に発熱組成物に放出することができる。例えば、保水層からの水分の平均「蒸発率」は、１分間当たり約０．０５パーセントから約０．５パーセント、幾つかの実施形態においては約０．１０パーセントから約０．２５パーセント、及び幾つかの実施形態においては約０．１５パーセントから約０．２０パーセントであるのが普通は望ましい。「蒸発率」は、一定の時間に保水層の重量を測定し、層の初期湿潤重量からこの測定重量を差し引き、この数値を初期湿潤重量で割り、次に１００を掛けることによって求められる。蒸発率は、幾つかの異なる時間について計算して次に平均する。蒸発率は、本発明においては５１パーセントの相対湿度及び約２２℃の温度で求められる。これらの相対湿度及び温度条件は、これらが周囲の水蒸気の存在の増大に起因して試験中に変更することができるという点で、「初期」条件である点は理解する必要がある。

幾つかの実施形態においては、水分の望ましい蒸発率は、保水層に付与された水溶液の性質を制御することによって達成される。つまり、本発明者は、保水層への水（２５℃で３１５９．７３Ｐａ（２３．７ｍｍＨｇ）の蒸気圧）だけの付与は、大きすぎる蒸発率を生じる場合があり得ることを発見した。したがって、溶質を水溶液に付加して、該溶質の蒸気圧すなわち水分子を蒸発させる傾向を低下させることができる。２５℃で、例えば、保水層に付加した水溶液が、３１５９．７３Ｐａ（２３．７ｍｍＨｇ）よりも小さい、幾つかの実施形態においては約３０９３．０７Ｐａ（約２３．２ｍｍＨｇ）よりも小さい、及び幾つかの実施形態においては約２６６６．４４Ｐａ（約２０．０ｍｍＨｇ）から約３０６６．４１Ｐａ（約２３．０ｍｍＨｇ）の蒸発率を有するように、溶質を付加することができる。溶質の１つの特に好適なクラスは、有機及び／又は無機金属塩を含む。金属塩は、一価（例えばＮａ+）、二価（例えばＣａ2+）、及び／又は多価陽イオンを含有することができる。好ましい金属陽イオンの実施例は、ナトリウム、カリウム、カルシウム、アルミニウム、鉄、マグネシウム、ジルコニウム、亜鉛、及びその他を含む。好ましい陰イオンの実施例は、ハロゲン化物、クロロハイドレート、硫酸塩、クエン酸塩、硝酸塩、酢酸塩、及びその他を含む。好適な金属塩の特定の実施例は、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、塩化カルシウム、その他を含む。水溶液中の溶質の実際の濃度は、溶質、熱デバイスの特定の構成、及び望ましい加熱プロファイルに応じて変更することができる。例えば、溶質は、溶液の約０．１重量パーセントから約２５重量パーセント、幾つかの実施形態においては約１重量パーセントから約２０重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約５重量パーセントから約１５重量パーセントの量で水溶液中に存在するようにすることができる。

水溶液の態様の制御に加えて、保水層自体を選択的に調整して、望ましい蒸発率を達成することができる。例えば、本発明者は、比較的低い密度及び基本重量を有する保水層は、高い密度及び基本重量を有する保水層と比較して多すぎる水分の量を放出する傾向があることを発見した。理論によって限定されることを意図することなく、このような高密度及び高基本重量ウエブは、低気孔率を有することができ、これによって水分が長時間期間にわたって層から逃げるのがより困難になると考えられる。したがって、本発明の１つの実施形態においては、保水層（例えば空気堆積ウエブ）は、約０．０１から約０．５０、幾つかの実施形態においては約０．０５から約０．２５、及び幾つかの実施形態においては約０．０５から約０．１５グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ³）の密度を有することができる。密度は、５０パーセント相対湿度及び２３℃において、７．６２−ｃｍ直径の円形プラテンで０．３４キロパスカル（ｋＰａ）の負荷で行われるサンプルのオーブン乾燥質量及び厚さ測定を基にしている。加えて、保水層の基本重量は、約５０から５００グラム／平方メートル（「ｇｓｍ」）、幾つかの実施形態においては約１００から３００ｇｓｍ、及び幾つかの実施形態においては約１５０から３００ｇｓｍとすることができる。

他の技術はまた、保水層からの水分の望ましい蒸発率を達成するために採用することができる。例えば、超吸収性材料は、水溶液の存在下で膨潤することができる。膨潤は、保水層の吸収能力を増大させるが、同様に材料が水分子「上に保持」し易い傾向を示すと水分の蒸発率を低下させる。したがって、蒸発率は、膨潤の程度を低下させることによって増大させることができる。超吸収性材料の膨潤の程度を低下させるための１つの技術は、水溶液の温度を、約２５℃よりも低く、及び幾つかの実施形態においては約５℃から約２０℃のような周囲温度より下まで低下させる段階を含む。超吸収性材料の膨潤の程度はまた、１つ又はそれ以上のイオン化合物を水溶液中に組み入れて、そのイオン強度を増大させることによって低下させることができる。イオン化合物は、上述した溶質と同じとすることができる。溶液の「イオン強度」は、以下の方程式により求めることができる。
Ｉ＝０．５^*Σｚ_i ^2*ｍ_i
式中ｚ_iは価数ファクター、ｍ_iは濃度である。例えば、１モルの塩化カルシウム及び２モルの塩化ナトリウムを含有する溶液のイオン強度は、「３」であり、以下のように求められる。
Ｉ＝０．５^*［（２^2*１）＋（１^2*２）］＝３

理論に拘束されることを意図するものではないが、超吸収性材料は、そのイオン強度が増大すると崩壊するポリマー鎖のイオン骨格を囲む対イオン雰囲気を有すると考えられる。特定的には、対イオン雰囲気は、超吸収性ポリマーの骨格に沿った電荷とは反対電荷のイオンで構成され、イオン化合物（例えば、ポリアクリレート陰イオンポリマーの骨格に沿って配置された、カルボキシレート陰イオンを囲むナトリウム又はカリウム陽イオン）中に存在する。超吸収性ポリマーと接触するイオンの濃度が増大するにつれて、ポリマーの外部から内部への液相内のイオン濃度勾配は減少し始め、対イオン雰囲気厚さ（「デバイ厚さ」）は、約２０ナノメートル（純水中で）から約１ナノメートル又はこれより小さく低下する可能性がある。対イオン雰囲気が高度に伸張すると、対イオンは、より浸透活性になり、したがってより高度の液体吸収性を促進する。それとは反対に、吸収された液体中のイオン濃度が増大すると、対イオン雰囲気は崩壊し、吸収能力は減少する。吸収能力の低下の結果として、超吸収性材料は、水分子を保持する傾向が低下を示し、これによって超吸収性材料の発熱組成物への放出を可能にする。

熱デバイスはまた、液体に対して不透過性であるが気体に対して透過性である通気性層を採用することができる。これにより、発熱反応を活性化するための水蒸気及び空気の流れを可能にするが、過量の液体が、反応を抑制するか或いは使用者を過度に温め又は炎症をきたす過量の熱を生じる可能性がある熱基体と接触しないようにする。通気性層は、当技術分野でよく知られているように一般的には様々な材料から形成することができる。例えば、通気性層は、微小孔性又は一体フィルムなどの通気性フィルムを含有することができる。フィルムは、線状の低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）又はポリプロピレンなどのポリオレフィンポリマーから形成することができる。主に線状ポリオレフィンポリマーの実施例は、限定ではないが、以下のモノマー：エチレン、プロピレン、１−ブテン、４−メチルペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン及び高級オレフィン並びに前述のもののコポリマー及びターポリマーから生成されたポリマーを含む。加えて、エチレンと、ブテン、４−メチル−ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、デセン、その他を含む他のオレフィンとのコポリマーはまた、主に線状ポリオレフィンポリマーの実施例である。

必要に応じて、通気性フィルムはまた、エラストマー性ポリエステル、エラストマー性ポリウレタン、エラストマー性ポリアミド、エラストマー性ポリオレフィン、エラストマー性コポリマー、及びその他などのエラストマー性ポリマーを含有することができる。エラストマー性コポリマーの実施例は、一般式Ａ−Ｂ−Ａ’又はＡ−Ｂを有するブロックコポリマーを含み、Ａ及びＡ’は、各々スチレン部分（例えばポリ（ビニルアレーン））を含有する熱可塑性ポリマーエンドブロックであり、Ｂは、共役ジエン又は低級アルケンポリマー（例えば、ポリスチレン−ポリ（エチレン−ブチレン）−ポリスチレンブロックコポリマー）などのエラストマー性ポリマーミドブロックである。同様に好適なものは、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる、Ｔａｙｌｏｒ他の米国特許第５，３３２，６１３号で議論されたようなＡ−Ｂ−Ａ−Ｂテトラブロックコポリマーから構成される。このようなテトラブロックコポリマーの実施例は、スチレン−ポリ（エチレン−プロピレン）−スチレン−ポリ（エチレン−プロピレン）（「Ｓ−ＥＰ−Ｓ−ＥＰ」）ブロックコポリマーである。商業的に入手可能なＡ−Ｂ−Ａ’及びＡ−Ｂ−Ａ−Ｂコポリマーは、ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）という商標名で米国テキサス州ヒューストンのクレイトンポリマーからの幾つかの異なる製剤を含む。ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）ブロックコポリマーは、幾つかの異なる製剤で入手可能であり、そのうちの幾つかが、米国特許第４，６６３、２２０号、米国特許第４，３２３，５３４号、米国特許第４、８３４、７３８号、米国特許第５，０９３，４２２号及び米国特許第５，３０４，５９９号において特定され、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。他の商業的に入手可能なブロックコポリマーは、ＳＥＰＴＯＮ（登録商標）の商標名で日本の岡山の株式会社クラレから入手可能なＳ−ＥＰ−Ｓ又はスチレン−ポリ（エチレン−プロピレン）−スチレンエラストマー性コポリマーを含む。

エラストマー性ポリオレフィンの実施例は、「シングルサイト」又は「メタロセン」触媒法によって生成されたような超低密度エラストマー性ポリプロピレン及びポリエチレンを含む。このようなエラストマー性オレフィンポリマーは、ＡＣＨＩＥＶＥ（登録商標）（ポリエチレン−ベース）、ＥＸＡＣＴ（登録商標）（エチレン−ベース）及びＥＸＣＥＥＤ（登録商標）（エチレン−ベース）という商標名で米国テキサス州ヒューストンのエクソンモービル・ケミカル・コーポレーションから商業的に入手可能である。エラストマー性オレフィンポリマーはまた、ＥＮＧＡＧＥ（登録商標）（エチレン−ベース）及びＡＦＦＩＮＩＴＹ（登録商標）（エチレン−ベース）という商標名でデュポンダウエラストマーズＬＬＣ（デュポンとダウケミカル・コーポレーションとの合弁事業）から商業的に入手可能である。このようなポリマーの実施例はまた、Ｌａｉ他の米国特許第５，２７８，２７２号及び米国特許第５，２７２，２３６号に記載されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。同様に有益なものは、Ｙａｎｇ他の米国特許第５，５３９，０５６号、及びＲｅｓｃｏｎｉ他の米国特許第５，５９６，０５２号に記載されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられるような一定のエラストマー性ポリプロピレンである。

必要に応じて、２つ又はそれ以上のポリマーの配合物もまた、通気性フィルムを形成するために利用することができる。例えば、フィルムは、高性能エラストマー及び低性能エラストマーの配合物から形成することができる。高性能エラストマーは、一般的には約７５パーセントよりも小さい及び幾つかの実施形態においては約６０パーセントよりも小さいような低レベル履歴を有するエラストマーである。同様に、低性能エラストマーは、一般的には約７５パーセントよりも大きいような高レベルの履歴を有するエラストマーである。履歴値は、サンプルを５０パーセントの極限伸びまで最初に伸ばし、次にサンプルを抵抗量がゼロになる量まで後退させることを可能にすることによって求めることができる。特に好適な高性能エラストマーは、上述され、ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）という商標名で米国テキサス州ヒューストンのクレイトンポリマーズから商業的に入手可能なようなスチレン−ベースブロックコポリマーを含むことができる。同様に、特に好適な低性能エラストマーは、ＡＦＦＩＮＩＴＹ（登録商標）という商標名でデュポンダウエラストマーズＬＬＣから商業的に入手可能な、メタロセン−触媒ポリオレフィン（例えば、シングルサイトメタロセン−触媒線状低密度ポリエチレン）のようなエラストマー性ポリオレフィンを含む。幾つかの実施形態においては、高性能エラストマーは、フィルムのポリマー成分の約２５重量パーセントから約９０重量パーセントから構成することができ、かつ低性能エラストマーは、同様にフィルムのポリマー成分の約１０重量パーセントから約７５重量パーセントから構成することができる。このような高性能／低性能エラストマー配合物の別の実施例は、Ｗａｌｔｏｎ他の米国特許第６，７９４，０２４号に記載されており、この特許は、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

上述したように、通気性フィルムは、微孔性とすることができる。微孔性は、多くの場合フィルムを通る曲がりくねった通路と呼ばれるものを形成する。フィルムの片側と接触する液体は、フィルムを通る直接通路を持っていない。代わりに、フィルム内の微小孔性チャネルのネットワークは、液体を通さないようにするが、気体及び水蒸気を通すことができる。微小孔性フィルムは、ポリマー及び充填剤（例えば炭酸カルシウム）から形成することができる。充填剤は、フィルムポリマー押し出し配合物に付与することができ、化学的に押し出されたフィルムに干渉することはない材料の微粒子又は他の形態であるが、充填剤はフィルム全体にわたって均一に分散することができる。一般的には、フィルムの総重量に基づく乾燥重量ベースで、フィルムは、ポリマーの重量で約３０パーセントから約９０パーセント含む。幾つかの実施形態においては、フィルムは、充填剤の重量で約３０パーセントから約９０パーセント含む。このようなフィルムの実施例は、ＭｃＣｏｒｍａｃｋの米国特許第５，８４３，０５７号、ＭｃＣｏｒｍａｃｋの米国特許第５，８５５，９９９号、Ｍｏｒｍａｎ他の米国特許第５，９３２，４９７号、ＭｃＣｏｒｍａｃｋ他の米国特許第５，９９７，９８１号、Ｋｏｂｙｌｉｖｋｅｒ他の米国特許第６，００２，０６４号、ＭｃＣｏｒｍａｃｋ他の米国特許第６，０１５，７６４号、Ｍａｔｈｉｓ他の米国特許第６，０３７，２８１号、ＭｃＣｏｒｍａｃｋ他の米国特許第６，１１１，１６３号、及びＴａｙｌｏｒ他の米国特許第６，４６１，４５７号に記載されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

ポリマーが延伸中に充填剤（例えば炭酸カルシウム）から離脱するときに、微小孔性通路を作り出すように充填フィルムを延伸することによって、一般的にはフィルムを通気性にする。例えば、通気性材料は、少なくとも２つの主要成分すなわちポリオレフィンポリマー及び充填剤を含む延伸薄型フィルムを含有する。これらの成分は、フィルム処理技術分野の当業者に知られている様々なフィルム生成法のいずれか１つを用いて、共に混合され、加熱され、次にフィルム層内に押し出される。このようなフィルム製造法は、例えば、鋳造エンボス加工、チル及びフラット鋳造、並びにブローンフィルム法を含む。

別の種類の通気性フィルムは、非多孔性の連続フィルムである一体フィルムであり、このフィルムは、該フィルムの分子構造のために液体不透過性で蒸気透過性バリアを形成することができる。この種類に入る種々のポリマーフィルムの中に、十分な量のポリ（ビニルアルコール）、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアルコール、ポリウレタン、エチレンメチルアクリレート、及びこれらを通気性にするエチレンメチルアクリル酸から作られたフィルムを含む。特定の作動機構に対して保持されることを意図することなく、このようなポリマーから作られたフィルムは、水分子を可溶化し、フィルムの一方の表面から他方へこれらの分子の輸送を可能にすると考えられる。したがって、これらのフィルムは、該フィルムを実質的に液体不透過性であるがが、依然として蒸気透過性は可能にするのに十分に連続的すなわち非多孔性とすることができる。
とすることができる。

上述のような通気性フィルムは、通気性材料全体を構成することができ、又は複数フィルムの一部とすることができる。多層フィルムは、層の鋳造又はブローンフィルム共押し出しによって、押し出し被膜によって、或いは従来の層化法によって準備することができる。更に、本発明に用いるのに好適とすることができる他の通気性材料は、Ｏｂｅｎｏｕｒの米国特許第４，３４１，２１６号、Ｙｅｏ他の米国特許第４，７５８，２３９号、Ｄｏｂｒｉｎ他の米国特許第５，６２８，７３７号、Ｂｕｅｌｌの米国特許第５，８３６，９３２号、Ｆｏｒｔｅの米国特許第６，１１４，０２４号、Ｖｅｇａ他の米国特許第６，１５３，２０９号、Ｃｕｒｒｏの米国特許第６，１９８，０１８号、Ａｌｅｍａｎｙ他の米国特許第６，２０３，８１０号、及びＹｉｎｇ他の米国特許第６，２４５，４０１号に記載されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

必要に応じて、通気性フィルムはまた、よく知られている技術を用いて不織ウエブ、編み布、及び／又は織布に結合することができる。例えば、フィルムを不織ウエブに結合するための好適な技術は、ＭｃＣｏｒｍａｃｋの米国特許第５，８４３，０５７号、ＭｃＣｏｒｍａｃｋの米国特許第５，８５５，９９９号、Ｋｏｂｙｌｉｖｋｅｒ他の米国特許第６，００２，０６４号、Ｍａｔｈｉｓ他の米国特許第６，０３７，２８１号、及び米国特許出願番号ＷＯ９９／１２７３４に記載されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。例えば、通気性フィルム／不織積層材料は、不織層及び通気性フィルム層から形成することができる。層は、通気性フィルム層が不織層に取り付けられるように配列することができる。１つの特定の実施形態においては、通気性材料は、通気性フィルムに積層された不織布（例えば、ポリプロピレンスパンボンドウエブ）から形成される。

熱デバイスの種々の構成を上述したが、他の構成がまた本発明の範囲内に含まれる点は理解する必要がある。例えば、他の層はまた、熱デバイスの発熱特性を改善するために採用することができる。例えば、基体は、保水粒状物の被膜を含む本発明の熱基体の近くに又は隣接して用いることができる。上述のように、保水粒状物は、発熱反応を活性化するために水分を保持しかつ放出することができる。更に、特定の利点について、上述の層の１つ又はそれ以上は、熱デバイスの複数の機能を実施することができる。本明細書に明示的に記載されていないが、多数の他の可能な組み合わせ及び構成は、十分当業者の範囲内にある点は理解する必要がある。

上述の保水及び／又は通気性層は、一般的には発熱組成物に対してあらゆる望ましい位置に配列することができる。この点で、本発明の熱デバイスの種々の構成は、ここでより詳細に記載されることになる。しかしながら、以下の説明は例示的に過ぎず、他の熱デバイス構成はまた本発明者によって企図される点は理解する必要がある。

例えば図１を参照すると、本発明により形成することができる熱デバイス１０の１つの実施形態が示される。図示するように、熱デバイス１０は、２つの外側表面１７及び１９を形成し、実質的に平坦で、形状適合性があり、かつ折り畳み可能な材料の形態である。熱デバイス１０の外形寸法及び形状はそれほど重要ではない。例えば熱デバイス１０は、一般に三角形、正方形、矩形、五角形、六角形、円形、楕円形、その他の形状を有することができる。図示するように、熱デバイス１０は、１つ又はそれ以上の発熱組成物を含有する熱基体１２を含む。この実施形態においては、通気性層１４ａ及び１４ｂは、液体に対して不透過性であるが気体に対しては透過性である熱デバイス１０の内部に含まれる。２つの通気性層を有するように本明細書に示されるが、どのような数の通気性層（いくらかでもある場合）も本発明に採用することができると理解する必要がある。熱デバイス１０はまた、長時間期間にわたって水分を吸収して保持するように構成された保水層１６を含む。通気性層１４ａ及び１４ｂ並びに保水層１６は、種々の方法で熱基体１２に対して位置付けることができる。図１において、例えば、通気性層１４ａ及び１４ｂは、直接熱基体１２に隣接して位置付けられる。結果として、通気性層１４ａ及び１４ｂは、外部液体が基体１２と接触しないようにすることができ、所定の時間期間にわたって基体１２と接触する空気の量を制御することもできる。保水層１６はまた、種々の場所に位置付けることができるが、一般的には熱基体１２用の水分の発生源の促進に役立つように位置付けられる。１つの保水層を有するように本明細書に示されるが、あらゆる数の層（いくらかでもある場合）を本発明に採用することができると理解する必要がある。

特に図示してはいないが、熱デバイス１０はまた、種々の他の層を含むことができる。例えば、熱デバイス１０は、熱伝導層を採用して、熱を使用者の方向（すなわち−ｚ方向）に向け及び／又はデバイス１０のｘ−ｙ平面に沿って配置するのに役立つことができ、これによって選択された区域全体にわたって熱付与の均一性を改善する。熱伝導層は、少なくとも約０．１ワット／メートルケルビン（Ｗ／ｍ−Ｋ）、及び幾つかの実施形態においては約０．１から約１０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導係数を有することができる。あらゆる熱伝導材料は、一般的には採用することができるが、多くの場合選択された材料が、デバイス１０の快適さ及びフレキシビリティを高めるのに適合可能であることが望ましい。好適な適合可能材料は、例えば、繊維性材料（例えば、不織ウエブ）、フィルム、及びその他を含む。任意なものとしては、熱伝導層は、発熱反応を活性化するのが望ましいときに、空気が熱基体１２と接触することができるように気体及び／又は蒸気透過性とすることができる。熱伝導層に用いることができる、蒸気透過性の適合可能な材料の１つの種類は、不織ウエブ材料である。例えば、熱伝導層は、スパンボンド／メルトブローン／スパンボンド（「ＳＭＳ」）積層体のような不織積層体を含有することができる。このようなＳＭＳ積層体はまた、液体ストライクスルー保護及び通気性を提供することができる。ＳＭＳ積層体は、Ｔｉｍｍｏｎｓ他の米国特許第５，２１３，８８１号に記載されており、この特許は、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられるような、よく知られている方法によって形成される。熱伝導層に用いることができる、蒸気透過性の適合可能な材料の別の種類は、通気性フィルムである。例えば、熱伝導層は、通気性フィルム／不織積層体を利用する場合があり得る。

様々な技術を採用して、熱伝導層に伝導性を提供することができる。例えば、金属被膜を利用して、伝導性を提供することができる。このような目的に好適な金属は、制限されるものではないが、銅、銀、ニッケル、亜鉛、錫、パラジウム、鉛、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、鉄、及びその他を含む。金属被膜は、真空蒸着、電解メッキ、その他などの様々な既知の技術のいずれかを用いて材料上に形成することができる。例えば、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる、Ｃｏｈｅｎの米国特許第５，６５６、３５５号、Ｃｏｈｅｎの米国特許第５，５９９、５８５号、Ａｂｂａ他の米国特許第５，５６２，９９４号、及び米国特許第５，３１６，８３７号は、材料上に被膜する金属を堆積するための好適な技術を記載している。金属被膜の他に、更に他の技術を採用して、伝導性を提供することができる。例えば、添加剤は、伝導性を高めるために材料（例えば、繊維、フィルム、その他）内に組み入れることができる。このような添加剤の実施例は、制限されるものではないが、炭素繊維及び粉末などの炭素充填剤、銅粉末、鋼、アルミニウム粉末、及びアルミニウム薄片などの金属充填剤、並びに窒化ホウ素、窒化アルミニウム、及び酸化アルミニウムなどのセラミック充填剤を含む。好適な伝導材料の商業的に入手可能な実施例は、例えば、Ｋｏｎｄｕｉｔ（登録商標）という名称で米国ペンシルバニア州エクストンのＬＮＰエンジニアリング・プラスチックスス・インコーポレーテッドから又はＣｏｏｌＰｏｌｙ（登録商標）という名称で米国ロードアイランド州ウォーウィックのクールポリマーズから入手可能な熱伝導化合物を含む。伝導材料の幾つかの実施例が上述されたが、あらゆる知られている熱伝導材料は、一般的には本発明に用いることができると理解する必要がある。

熱伝導層に加えて、更に他の任意の層は、熱デバイス１０の有効性を高めるために採用することができる。例えば、絶縁層は、熱が代わりに患者又は使用者に向かって集中するように、外部環境への熱放散を阻止するために採用することができる。絶縁層がデバイス１０の熱生成効率全体を増大させるために、望ましい温度上昇は、より少ない量の発熱皮膜又は他の反応物質（すなわち、水分又は酸素）で到達することができる。絶縁層は、約０．１ワット／メートルケルビン（Ｗ／ｍ−Ｋ）よりも小さい、及び幾つかの実施形態においては約０．０１から約０．０５Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導係数を有することができる。あらゆる知られている絶縁材料は、本発明で採用することができる。必要に応じて、選択された絶縁材料は、熱デバイス１０の全体的な適合性を改善するために本質的に繊維性にするとこができる。繊維性材料は、該繊維性材料の絶縁特性を高めるために高ロフトを保有することができる。好適な高ロフト材料は、多孔性織材料、多孔性不織材料、その他を含むことができる。特に好適な高ロフト材料は、不織多成分（例えば、二成分）ポリマーウエブである。例えば、このようなウエブの多成分ポリマーは、ロフトを増すために機械的に又は化学的に圧接することができる。好適な高ロフト材料の実施例は、Ｐｉｋｅ他の米国特許第５，３８２，４００号、Ｐｉｋｅ他の米国特許第５，４１８，９４５号、及びＨｕｎｔｏｏｎ他の米国特許第５，９０６，８７９号により詳細に記載されており、これら特許のすべては、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。絶縁材料として使用するための更に他の好適な材料は、Ｃａｒｓｏｎの米国特許第６，１９７，０４５号に記載されており、この特許は、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

熱デバイス１０はまた、任意に熱デバイス１０の外側表面１７及び１９をそれぞれ形成する層を含むことができる。これらの層は、患者の皮膚に馴染みやすく、柔らかい感触があり、かつ刺激性がない表面を提示することができる。例えば、層は、液体及び蒸気透過性で液体不透過性及び蒸気透過性（「通気性」）並びにその他である材料から形成することができる。例えば、層は、ポリオレフィン繊維、及びボンデッドカーデッド、ステープル繊維のメルトブローン又はスパンボンドウエブ、及び／又は天然及び／又は合成繊維の油圧交絡ウエブから形成することができる。別の実施形態においては、層は、上述のような通気性不織布積層体（例えば、スパンボンドウエブ／通気性フィルム積層体）から形成することができる。層は、皮膚の健康を改善するために着用者の皮膚に移送するように構成された組成を更に含むことができる。好適な組成物は、Ｋｒｚｙｓｉｋ他の米国特許第６，１４９，９３４号に記載されており、この特許は、すべての目的のためにこれを引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。

熱デバイス１０の種々の層及び／又は成分は、接着剤、超音波、熱結合、その他などのあらゆる既知の取り付け機構を用いて共に組み立てることができる。好適な接着剤は、例えば、熱溶融性接着剤、感圧接着剤、及びその他を含むことができる。利用するとき、接着剤は、均一層、パターン層、溶射パターン、或いは別個の線、渦又は点のいずれかとして付与することができる。幾つかの実施形態においては、発熱組成物は、熱を発生しかつ接着剤として作用する二重の目的を果たすことができる。例えば、発熱組成物の結合剤は、熱デバイス１０の１つ又はそれ以上の層を共に結合することができる。

熱デバイスによって発生する熱の量を更に高めるために、複数熱基体を採用する場合があり得る。複数熱基体は、互いに隣接して置き又は１つ又はそれ以上の層によって離間して配置することができる。例えば、図２を参照すると、熱デバイス１００の１つの実施形態は、第１の熱基体１１２ａ及び第２の熱基体１１２ｂを含有することが示される。必須ではないが、熱デバイス１００はまた、第１の通気性層１１４ａ及び第２の通気性層１１４ｂを含む。熱デバイス１００はまた、熱基体１１２ａ及び１１２ｂへの水分の供給を強化するために保水層１１６を含む。保水層１１６は、熱基体１１２ａ／通気性層１１４ａと熱基体１１２ｂ／通気性層１１４ｂとの間に位置付けられる。このようにして、各基体に供給された水分の量は、比較的均一である。しかしながら、どのような層の配置、選択、及び／又は数も本発明に採用することができる点は理解する必要がある。

水分は、使用直前又は製造中のように熱デバイスの使用前又は使用中のいつでも付与することができる。例えば、水は、上述のように保水層に事前付与することができる。水分は、電気化学的に酸化性の元素（例えば金属粉末）と電気化学的に還元性の元素（例えば酸素）との間の発熱性の電気化学反応を活性化するのに効果的な量が付加される。この量は、反応条件及び望ましい熱の量に応じて変更することができるが、水分は、典型的には被膜中に存在する酸化性金属の量の重量の約２０重量パーセントから約５００重量パーセント、及び幾つかの実施形態においては約５０重量パーセントから約２００重量パーセントの量が付加される。必ずしも必須ではないが、発熱組成物を十分な酸素と接触させて早期に発熱反応を活性化させないように、実質的に液体不透過性材料（蒸気透過性又は蒸気不透過性）内部の水処理熱デバイスを密封するのが望ましいものとなる。熱を発生させるために、熱デバイスは、簡単にパッケージから取り出して空気に露出される。

本発明の熱デバイスは、広範な物品に採用して加温効果を提供することができる。例えば、熱デバイスは、加熱パッド、包帯、食品加温器、動物加温器、水加温器、及びその他として用いることができる。熱デバイスはまた、手術中又は医療処置中に患者を加温するためのドレープ又は毛布のような種々の他の用途において暖かさを送るのに用いることができる。

本発明は次の実施例を参照することにより、より良く理解することができるであろう。

本発明による熱デバイスを形成する能力が、実証された。最初に、０．９オンス／平方ヤードの基本重量を有する、ボンデッドカーデッドウエブ布の断片（幅１７．８ｃｍ長さ３１．８ｃｍ）（幅７インチ長さ１２．５インチ）が準備された。布は、７５重量パーセント二成分繊維及び２５重量パーセントポリエステル繊維の配合物から形成された。二成分繊維は、３．０デニール及び０．５５重量パーセント「ＨＲ６」仕上げのポリエチレン鞘及びポリプロピレン芯を有する、「ＥＳＣ２１５」という名称で米国ジョージア州コビントンのファイバービジョンズ・インコーポレーテッドから得られた。ポリエステル繊維は、６．０デニールを有しかつ０．５重量パーセントＬ１仕上げを含有する「Ｔ−２９５」という名称で米国カンザス州ウィチタのインビスタから得られた。

被膜製剤を次のように準備した。４００ｍＬパイレックスビーカー内に、５０グラムのＭＥＴＯＬＯＳＥ ＳＭ−１００（信越化学工業株式会社）及びの１２．５グラムの塩化ナトリウム（マリンクロット）は、攪拌して６９℃まで加熱された１５０．０グラムの蒸留水に加えられた。混合物は、以下の付加的構成要素：１７．３グラムのＤＵＲ−Ｏ−ＳＥＴ（登録商標）Ｅｌｉｔｅ ＰＥ２５−２２０Ａエチレン−ビニルアセテートエマルジョン（セラニーズエマルジョンズ）、３９．７グラムのＸＣ４９００サンプル＃０４．１９１９７０４炭酸カルシウムスラリー（オムヤ）、１５．０グラムのＮｕｃｈａｒ ＳＡ−２０活性炭（ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ）、及び１７０．０グラムのＡ−１３１鉄粉末（ノースアメリカン・ホガナス）が順次加えられたときに攪拌して冷却された。製剤をすべての構成要素と共に攪拌して約３０分後、温度は約２３℃から約１８℃まで氷浴で低下した。温度が約２０℃に到達すると、粘度の顕著な増加が起こった。製剤の粘度は、２，５３８ｃＰ（ブルックフィールド粘度計、１００ｒｐｍでＬＶ−４スピンドル）で測定された。水性製剤の各成分の計算濃度は、表１の下に記載されている。

表１：水性製剤の成分

水性製剤は、＃６０単一巻線マイヤーロッドを用いて０．９ｏｓｙ布断片の片側に付与された。被膜断片は、１１０℃において約１５分間オーブン内で乾燥された。次いで発熱組成物の化合物の濃度は、被膜及び乾燥布断片（１６．４±０．４グラム）、布の未処理断片（１．９±０．１グラム）、及び水性製剤の組成から計算された。結果は、表２の下に記載されている。

表２：発熱組成物の成分

次いで７層構造（３．５”×４”）が、発熱反応を活性化するために設計された。特定的には、７層構造は、保水層の一方側上に位置付けられた被膜布断片の３つと、保水層の他方側上に位置付けられた他方の３つの被膜布断片とを含んでいた。布断片の被膜してない側面は、保水層に面した。被膜布の６つの層の総重量は、１５．４グラム（鉄の１０．２グラム）であった。保水層は、７５重量パーセント木質パルプフラフ、１５重量パーセント超吸収体、及び１０重量パーセントＫｏＳａ Ｔ２５５二成分繊維から形成された。保水層は、２２５グラム／平方メートルの基本重量及び０．１２グラム／立方センチメートルの密度を有した。木質パルプフラフは、「ＮＢ４１６」という名称でウエアハウザーから得られた。超吸収体は、「ＳＸＭ９５４３」という名称でデグサＡＧから得られた。

【００７６】
多層状構造を形成する前に、保水層（２．２グラム）の各側面は、４．０倍に層の質量を増大させる量の水（６．６グラム）をスプレーすることによって湿潤された。次いでこの７層状構造は、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体から作られた矩形ポーチ（４”×４．５”）の内側に置かれた。積層体は、米国三菱商事会社から得られ、ＴＳＦ ＥＤＦＨ５０３５−ＴＹＰＥと表記された。積層体のＷＶＴＲは、カップ法（ＡＳＴＭ標準Ｅ−９６Ｅ−８０）を用いることによって４５５ｇ／ｍ^２／２４時で測定された。ポーチは、ナシュアから得られた金属テープで密封された。
【実施例２】

【００７７】
熱デバイスは、該熱デバイスが反応を活性化する前に１６時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた以外は、実施例１に記載されたように形成された。金属保存用バッグは、線状低密度ポリエチレンフィルムに接着積層された金属ポリエステル層を含有する２プライ構造である、Ｋａｐａｋ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＫＡＬ−ＭＬ５であった。被膜布の６層の総重量は、１４．８グラム（鉄の９．８グラム）であった。保水層（２．１グラム）は、３．９倍に層の質量を増加させる量の水（６．２グラム）をスプレーすることによって両面上で湿潤された。
【実施例３】

実施例１に記載されたのと類似した被膜製剤が、実施例１に記載されたのと同じ手法で準備されて、０．９ｏｓｙボンデッドカーデッドウエブの片側に付与された。水性製剤の各成分の計算濃度は、表３の下に記載されている。

表３：水性製剤の成分

発熱組成物の成分の濃度は、被膜及び乾燥布断片（１１．６±０．３グラム）、布の未処理断片（１．６±０．１グラム）、及び水性製剤の組成から計算された。結果は表４の下に記載されている。

表４：発熱組成物の成分

次いで７層構造を有する熱デバイス（３”×８”）が、発熱反応を活性化するために設計された。熱デバイスは、中央にヒートシールされて、２つの等しいセクション（３”×４”）を有するセグメント化されたデバイスを生成した。各セクション内に置かれた７層の成分の大きさは、２．５”×３．５”であった。６つの被膜層の総重量は、一方のセクションに対して８．３グラム（鉄の５．２グラム）及び他方のセクションに対して８．６グラム（鉄の５．４グラム）であった。更に、塩水溶液の３．９グラムを第１のセクションの保水層に付与し、溶液の４．０グラムを第２のセクションに付与した。塩溶液は、水中に９．９重量パーセント塩化ナトリウムを含有し、４．０倍に両セクションの保水層の質量を増加させた。７層構造は、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体（実施例１に記載された）ポーチ（上述のように２つの等しいセクションにセグメント化された）の内側に置かれ、ポーチの縁部はヒートシールされた。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に４４時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

セグメント化熱デバイスが、６つの被膜層の総重量が、一方のセクションに対して８．２グラム（鉄の５．２グラム）及び他方のセクションに対して８．９グラム（鉄の５．６グラム）であった以外は、実施例３に記載されたように形成された。更に、塩水溶液の４．１グラム及び４．０グラムを第１及び第２のセクションそれぞれの保水層に付与した。塩溶液は、水道水中に９．９重量パーセント塩化ナトリウムを含有するものとし、３．９及び３．８倍にそれぞれ第１及び第２のセクションの保水層の質量を増加させた。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に１８９時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

本発明の熱デバイスを用いて加熱プロファイルの制御を達成する能力が、実証された。具体的には、実施例１−４の熱デバイスが試験された。実施例１は、金属保存用バッグ内に密封されなかったので、実施例１は形成直後に試験された。実施例２−４では、金属保存用バッグを開いて反応を開始した。試験は、データ収集デバイスに配線した熱電対を熱デバイスの一方側に取り付けることによって行われた。実施例３−４によって記載されたセグメント化熱デバイスでは、両セクションが試験された。温度は、図３に示す熱反応曲線を得るために時間の関数（５秒間隔で）として記録された。実施例３−４によって記載されたデバイスの１つのセグメントだけの結果が、示される。実施例３のデバイスの他方のセグメントの熱反応曲線は、第１のセグメント（１−２℃暖かい）とよく類似していたが、実施例４のデバイスの他方のセグメントは約６−８℃温く、これは鉄含有量がより高いことに起因している可能性が最も高かった。図示したように、実施例３−４のサンプル（塩水溶液と共に付与された）の熱反応曲線は、保存用バッグを開いた後約１０分内に３８℃に達し、少なくとも３時間同様に約３８℃から４２℃のままであった。

本発明による熱デバイスを形成する能力が、実証された。実施例３に記載されたのと類似した被膜製剤が準備されたが、より高レベルの塩化ナトリウムが用いられた。被膜製剤は、実施例１に記載されたのと同じ手法で０．９ｏｓｙボンデッドカーデッドウエブの片側に付与された。水性製剤の各成分の計算濃度は、表５の下に記載されている。

表５：水性製剤の成分

発熱組成物の成分の濃度は、被膜及び乾燥布断片（１６．３グラム）、布の未処理断片（１．９グラム）、及び水性製剤の組成から計算された。結果は、表６の下に記載されている。

表６：発熱組成物の成分

【００８９】
次いで７層構造を有する熱デバイス（４”×４．５”）が、発熱反応を活性化するために設計された。熱デバイスは、７層成分の大きさがまた３．５”×４”である状態で実施例１に記載されたように形成された。６つの被膜層の総重量は、１５．６グラム（鉄の９．４グラム）であった。更に、保水層（２．２グラム）の各側面は、３．８倍に層の質量を増大させる量の水６．１グラムをスプレーすることによって湿潤された。７層構造は、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体ポーチ（実施例１に記載された）の内側に置かれ、ポーチの縁部は、ナシュアから得られた金属テープで密封された。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に２０時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例７】

【００９０】
熱デバイスは、「分離層」が各側面上の３つの被膜層から保水層を分離するのに用いられた以外は、実施例１に記載されたように形成された。分離層は、液体の通過を妨げながら蒸気及び気体を通過させることができるための、小さな穿孔穴を有する布／フィルム積層体であった。それは、ラベルＦＭ−４２５ロット番号ＳＨＢＴ０４００６０でトリードガーフィルム・プロダクツから得られた。保水層（２．２）の各側面は、３．９倍に層の質量を増加させる量の水６．３グラムをスプレーすることによって湿潤された。次いで、分離層を、分離層の布側側面が湿潤した保水層と接触するように保水層の周囲に位置させた。次に３つの被膜層を被膜されていない側を分離層のフィルム側と接触させて各側に位置させた。６つの被膜層の総重量は、１４．２グラム（鉄の９．２グラム）であった。次いで９層状構造は、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体ポーチ（実施例１に記載された）の内側に置かれ、ポーチの縁部は、ナシュアから得られた金属テープで密封された。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に２０時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例８】

熱デバイスが、６つの被膜層が低レベルの塩化ナトリウムを含有した以外は、実施例７に記載されたように形成された。０．９ｏｓｙボンデッドカーデッドウエブの片側を被膜するのに用いて被膜層を作成した水性製剤の各成分の計算濃度は、図７の下に記載されている。

表７：水性製剤の成分

次いで発熱組成物の成分の濃度が、被膜及び乾燥布断片（１６．１グラム）、布の未処理断片（１．９グラム）、及び水性製剤の組成から計算された。結果は、表８の下に記載されている。

表８：発熱組成物の成分

【００９５】
次いで図７に記載されたような９層状構造（３．５”×４”）は、発熱反応を活性化するために設計された。保水層（２．１グラム）は、３．８倍に層の質量を増大させる量の水６．０グラムをスプレーすることによって両面上で湿潤された。６つの被膜層の総重量は、１５．６グラム（鉄の１０．７グラム）であった。９層状構造は、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体ポーチ（実施例１に記載された）の内側に置かれ、ポーチの縁部は、ナシュアから得られた金属テープで密封された。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に２０時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例９】

【００９６】
熱デバイスが、保水層が水の代わりに塩水溶液を含有した以外は、実施例８に記載されたように形成された。更に塩水溶液の６．０グラムは、３．７倍に層の質量を増加させる量を、両面にスプレーすることによって保水層（２．２グラム）に付与された。塩溶液は、蒸留水中に１０．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有するものとした。６つの被膜層の総重量は、１５．５グラム（鉄の１０．７グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に２０時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例１０】

本発明の熱デバイスを用いて加熱プロファイルの制御を達成する能力が、実証された。具体的には、実施例６−９の熱デバイスが試験された。金属保存用バッグを開いて反応を開始した。試験は、データ収集デバイスに配線した熱電対を熱デバイスの一方側に取り付けることによって行われた。温度は、図４に示す熱反応曲線を得るために時間の関数（５秒間隔で）として記録された。

図４に示すように、実施例９のサンプル（保水層は塩水溶液を含有する）は、保存用バッグを開いた後、急速な加熱速度（約１０分内に少なくとも３８℃の温度）をもたらした。実施例８のサンプル（保水層は水を含有する）は、より遅い加熱速度をもたらした。しかしながら、より少ない塩分を有する発熱組成物を含有する実施例８及び９のサンプルは、被膜布の発熱組成物内のより高いレベルの塩分を含有した実施例６及び７のサンプルと比較して、より高い温度熱反応曲線をもたらした。したがって、保水層内の液体の組成及び発熱被膜の組成を用いて、熱デバイスの加熱プロファイルを制御すると思われる。より特定的には、両組成中の塩含有量を調整して、望ましい加熱プロファイルを得ることができる。

本発明による熱デバイスを形成する能力が、実証された。実施例６に記載されたのと類似した被膜製剤は準備されたが、塩化ナトリウムは用いなかった。被膜製剤は、実施例１に記載されたのと同じ手法で０．９ｏｓｙボンデッドカーデッドウエブの片側に付与された。水性製剤の各成分の計算濃度は、表９の下に記載されている。

表９：水性製剤の成分

発熱組成物の成分の濃度が、被膜及び乾燥布断片（１４．９グラム）、布の未処理断片（２．０グラム）、及び水性製剤の組成から計算された。結果は、表１０の下に記載されている。

表１０：発熱組成物の成分

【０１０３】
次いで９層構造を有する熱デバイス（４．２５”×４．５”）が、発熱反応を活性化するために設計された。熱デバイスは、９層成分の大きさが３．５”×４”である状態で実施例７に記載されたように形成された。６つの被膜層の総重量は、１３．９グラム（鉄の９．２グラム）であった。更に、保水層（２．４グラム）の各側面は、３．８倍に層の質量を増大させる量の水６．７グラムをスプレーすることによって湿潤された。９層構造は、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体ポーチ（実施例１に記載された）の内側に置かれ、ポーチの縁部は、ナシュアから得られた金属テープで密封された。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に１９．５時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例１２】

【０１０４】
熱デバイスは、保水層（２．２グラム）が、３．８倍に層の質量を増大させる量の塩水溶液６．２グラムをスプレーすることによって両面上で湿潤された以外は、実施例１１に記載されたように形成された。塩溶液は、蒸留水中に１０．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。６つの被膜層の総重量は、１３．７グラム（鉄の９．１グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に１９．５時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例１３】

【０１０５】
熱デバイスが、保水層（２．２グラム）が、３．７倍に層の質量を増大させる量の塩水溶液６．０グラムをスプレーすることによって両面上で湿潤された以外は、実施例７に記載されたように形成された。塩溶液は、蒸留水中に１０．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有する。熱デバイスはまた、４．２５”×４．５”で実施例７よりもわずかに大きかった。６つの被膜層の総重量は、１４．６グラム（鉄の９．６グラム）であった。次いで９層構造は、ナイロンスパンボンド微孔性フィルム積層体ポーチ（実施例１に記載された）の内側に置かれ、ポーチの縁部は、ナシュアから得られた金属テープで密封された。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に１８時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例１４】

【０１０６】
熱デバイスが、実施例９に記載されたように形成された。更に、保水層（２．２グラム）は、３．８倍に層の質量を増大させる量の塩水溶液６．１グラムをスプレーすることによって両面上で湿潤された。塩溶液は、蒸留水中に１０．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。６つの被膜層の総重量は、１６．６グラム（鉄の１１．４グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に１８時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例１５】

本発明の熱デバイスを用いて加熱プロファイルの制御を達成する能力が、実証された。特定的には、実施例１１−１４の熱デバイスが試験された。金属保存用バッグを開いて反応を開始した。試験は、データ収集デバイスに配線した熱電対を熱デバイスの一方側に取り付けることによって行われた。温度は、図５に示す熱曲線を得るために時間の関数（５秒間隔で）として記録された。

本発明による熱デバイスを形成する能力が、実証された。最初に、１．５オンス／平方ヤード（５０グラム／平方メートル）の基本重量を有する、ボンデッドカーデッドウエブ布の７”幅ロールが提供された。布は、６０重量パーセント二成分繊維及び４０重量パーセントポリエステル繊維の配合物から形成された。二成分繊維は、１．５デニール及び０．５５重量パーセント「ＨＲ６」仕上げのポリエチレン鞘及びポリプロピレン芯を有する、「ＥＳＣ２１５」という名称で米国ジョージア州コビントンのファイバービジョンズ・インコーポレーテッドから得られた。ポリエステル繊維は、６．０デニールを有しかつ０．５重量パーセントＬ１仕上げを含有する「Ｔ−２９５」という名称で米国カンザス州ウィチタのインビスタから得られた。

被膜製剤を次のように準備した。１ガロン金属ペール内において、３４．５グラムのＭＥＴＯＬＯＳＥ ＳＭ−１００（信越化学工業株式会社）及び２５．０グラムの塩化ナトリウム（マリンクロット）は、攪拌して６８℃まで加熱された１１７２．０グラムの蒸留水に加えられた。混合物は、以下の付加的構成要素：１３９．６グラムのＤＵＲ−Ｏ−ＳＥＴ（登録商標）Ｅｌｉｔｅ ＰＥ２５−２２０Ａエチレン−ビニルアセテートエマルジョン（セラニーズエマルジョンズ）、３３０．２グラムのＸＰ−５２００−６サンプル＃０５．２４３５５０３炭酸カルシウムスラリー（オムヤ）、６０．１グラムのＮｕｃｈａｒ ＳＡ−４００活性炭（ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ）、及び１１８１．１グラムのＡ−１３１鉄粉末（ノースアメリカン・ホガナス）が順次加えられたときに攪拌して冷却することができた。製剤をすべての構成要素と共に攪拌して約３０分後、温度は約１０℃まで氷浴を用いて低下させた。温度が低下すると、粘度の顕著な増加が起こった。水性製剤の各成分の計算濃度は、表１１の下に記載されている。

表１１：水性製剤の成分

水性製剤が、ナイフコーターを用いてパイロットラインプロセス中に１．５ｏｓｙ布の片側に付与された。ナイフと布を送る鋼ローラとの間のギャップは、９００ミクロンで設定された。ライン速度は、０．２５メートル／分であった。パイロットラインコーターは、１４５℃で設定された４フットドライヤーを収容し、これは部分的に被覆布を乾燥させるのに用いられた。部分的に乾燥した被膜布は、４３．２ｃｍ（１７インチ）の断片に切り取られ、約２０分間１１０℃で実験室オーブン内に置かれて乾燥段階を終了した。発熱組成物の成分の濃度は、被膜及び乾燥布断片（５６．５±１．５グラム）、布の未処理断片（４．３グラム）、及び水性製剤の組成から計算された。結果は、表１２の下に記載されている。

表１２：発熱組成物の成分

次いで５層構造（１．６”×８”）は、発熱反応を活性化するために設計された。特定的には、５層状構造は、保水層の一方側上に位置付けられた一方の被膜布断片と、保水層の他方側上に位置付けられた他方の被膜布断片とを含んだ。布断片の被膜してない側面は、保水層に面した。保水層は、９０重量パーセント木質パルプフラフ（ウエアハウザーＮＦ４０１）及び１０重量パーセントＫｏＳａ Ｔ２５５二成分繊維から形成された。保水層は、１７５グラム／平方メートルの基本重量及び０．０８グラム／立方センチメートルの密度を有した。「分離層」は、各側面上の被膜層から保水層を分離するのに用いられた。分離層は、液体の通過を妨げながら蒸気及び気体を通過させることができるための、小さな穿孔穴を有する布／フィルム積層体であった。それは、ラベルＦＭ−４２５ロット番号ＳＨＢＴ０４００６０でトリードガーフィルム・プロダクツから得られた。

【０１１４】
多層構造を形成する前に、保水層（１．５グラム）は、３．８倍に層の質量を増大させる量の蒸留水４．２グラムをスプレーすることによって各側面上で湿潤された。次いで、分離層を、分離層の布側側面が湿潤した保水層と接触するように保水層の周囲に位置させた。次いで被膜層を被膜されていない側を分離層のフィルム側と接触させて各側に位置させた。２つの被膜層の総重量は、１３．５グラム（鉄の９．９グラム）であった。次いで５層状構造は、ヒートシーラーで密封されたポーチ（３”×９”）の内側に置かれた。ポーチは、ナイロンスパンボンドの側面にヒートシールされたステープル編み布の層を有する、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体（実施例１に記載された）から作られた。ステープル編み布は、２０パーセント木質パルプフラフ（５０パーセント北方軟材クラフト繊維／５０パーセントアラバマパイン漂白済みクラフト軟材）、５８パーセント１．５デニールポリエステル繊維（インビスタタイプ１０３）、及び２２パーセントポリプロピレンスパンボンド（キンバリークラーク・コーポレーション）から生成された。ポーチはまた、フラットワイヤの２つの断片と各９”縁部内でヒートシールされた１つの断片とを含有した。ワイヤは、長さ約８．５”、幅０．１インチ、及び厚さ０．０１インチが測定され、Ａｌｌｏｙ８１７６／ＥＥＥの名称でノランダアルミニウム・インコーポレーテッドから得られた。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に８日間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例１７】

熱デバイスが、保水層において水道水の代わりに塩水溶液を含有した以外は、実施例１６に記載されたように形成された。更に、塩水溶液の４．３グラムが、３．８倍に層の質量を増大させた量の保水層（１．５グラム）に付与された。塩溶液は、蒸留水中に１０．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。２つの被膜層の総重量は、１３．７グラム（鉄の１０．１グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に８日間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

熱デバイスが、保水層を７５重量パーセント木質パルプフラフ（ウエアハウザーＮＢ４１６）、１５重量パーセント超吸収体（デグサＳＸＭ９５４３）、及び１０重量パーセントＫｏＳａ Ｔ２５５二成分繊維から形成し、２２５グラム／平方メートルの基本重量及び０．１２グラム／立方センチメートルの密度を有するものとした以外は、実施例１６に記載されたように形成された。保水層はまた、水道水の代わりに塩水溶液を含有し、塩水溶液の５．８グラムが、３．７倍に層の質量を増大させた量の保水層（２．２グラム）に付与された。塩溶液は、蒸留水中に１０．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。２つの被膜層の総重量は、１４．６グラム（鉄の１０．７グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に６６時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

熱デバイスが、保水層を実施例１８に記載された材料から形成した以外は、実施例１６に記載されたように形成された。保水層はまた、水道水の代わりに塩水溶液を含有し、塩水溶液の６．０グラムが３．８倍に層の質量を増大させた量の保水層（２．１グラム）に付与された。塩溶液は、蒸留水中に１０．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。２つの被膜層の総重量は、１４．７グラム（鉄の１０．８グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に６６時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

本発明の熱デバイスを用いて加熱プロファイルの制御を達成する能力が、実証された。具体的には、実施例１６−１９の熱デバイスが試験された。金属保存用バッグを開いて反応を開始した。試験は、データ収集デバイスに配線した熱電対を熱デバイスの一方側に取り付けることによって行われた。温度は、図６に示す熱曲線を得るために時間の関数（５秒間隔で）として記録された。

図６に示すように、実施例１７−１９のサンプルの熱反応曲線は、長時間期間にわたって急速加熱速度（約１０分内に少なくとも３８℃の温度）及び高温プロファイルを示さなかった。これらのサンプルは、保水層によって保持された発熱組成物中及び液体中の両方に塩分を含有した。更に、超吸収体を含有しない保水層は、実施例１７のサンプルに用いられ、熱反応曲線は、実施例１８及び１９のサンプルの曲線と類似であった。実施例１６のサンプルの熱反応曲線は、急速加熱速度を示さず、温度が約３０℃に達したに過ぎない点は留意されたい。

本発明による熱デバイスを形成する能力が、実証された。実施例１６に記載された被膜布は、発熱反応を活性化するために５層構造（２．５”×７”）で用いられた。具体的には、５層構造は、保水層の一方側上に位置付けられた一方の被膜布断片と、保水層の他方側上に位置付けられた他方の被膜布断片とを含んだ。布断片の被膜してない側面は、保水層に面した。保水層は、７５重量パーセント木質パルプフラフ、１５重量パーセント超吸収体、及び１０重量パーセントＫｏＳａ Ｔ２５５二成分繊維から形成された。保水層は、２２５グラム／平方メートルの基本重量及び０．１２グラム／立方センチメートルの密度を有した。木質パルプフラフは、「ＮＢ４１６」という名称でウエアハウザーから得られた。超吸収体は、「ＳＸＭ９５４３」という名称でデグサＡＧから得られた。「分離層」を用いて、各側面上の被膜層から保水層を分離した。分離層は、液体の通過を妨げながら蒸気及び気体を通過させることができるための、小さな穿孔穴を有する布／フィルム積層体であった。それは、ラベルＦＭ−４２５ロット番号ＳＨＢＴ０４００６０でトリードガーフィルム・プロダクツから得られた。

【０１２１】
多層構造を形成する前に、保水層（２．７グラム）は、３．８倍に層の質量を増大させる量の塩水溶液７．６グラムをスプレーすることによって各側面上で湿潤された。塩溶液は、蒸留水中に３．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。次いで分離層は、湿潤保水層と接触した状態で分離層の布の側面と共にその周囲に置かれた。次いで被膜層は、分離層のフィルムの側面と接触した状態で被膜してない側面と共に各側面上に置かれた。２つの被膜層の総重量は、１８．１グラム（鉄の１３．３グラム）であった。次いで５層状構造は、ヒートシーラーで密封されたポーチ（３．２”×８”）の内側に置かれた。ポーチは、ナイロンスパンボンドの側面にヒートシールされたステープル編み布の層を有する、ナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体（実施例１に記載された）から作られた。ステープル編み布は、２０パーセント木質パルプフラフ（５０パーセント南方軟材クラフト繊維／５０パーセントアラバマパイン漂白済みクラフト軟材繊維）、５８パーセント１．５デニールポリエステル繊維（インビスタタイプ１０３）、及び２２パーセントポリプロピレンスパンボンド（キンバリークラーク・コーポレーション）から生成された。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に、６４時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。
【実施例２２】

熱デバイスが、実施例２１に記載されたように形成された。保水層（２．７グラム）は、３．７倍に層の質量を増大させた量の塩水溶液の７．２グラムを含有した。塩溶液は、蒸留水中に３．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。２つの被膜層の総重量は、１７．１グラム（鉄の１２．５グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に６４時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

熱デバイスが、実施例２１に記載されたように形成された。保水層（２．７グラム）は、３．８倍に層の質量を増大させた量の塩水溶液の７．６グラムを含有した。塩溶液は、蒸留水中に３．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。２つの被膜層の総重量は、１７．３グラム（鉄の１２．６グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に６４時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

熱デバイスが、実施例２１に記載されたように形成された。保水層（２．７グラム）は、３．７倍に層の質量を増大させた量の塩水溶液の７．２グラムを含有した。塩溶液は、蒸留水中に３．０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。２つの被膜層の総重量は、１８．０グラム（鉄の１３．２グラム）であった。得られた熱デバイスは、反応を活性化する前に６４時間金属保存用バッグ内でヒートシールされた。

本発明の熱デバイスを用いて加熱プロファイルの制御を達成する能力が、実証された。具体的には、実施例２１−２４の熱デバイスが試験された。金属保存用バッグを開いて反応を開始した。試験は、データ収集デバイスに配線した熱電対を熱デバイスの一方側に取り付けることによって行われた。温度は、図７に示す熱曲線を得るために時間の関数（５秒間隔で）として記録された。実施例２１−２４のサンプルの熱反応曲線は、温度がより低いが実施例１８及び１９のサンプルの曲線よりもより長く持続する（図６）点に留意されたい。したがって、保水層によって保持された液体中の塩分の量を用いて、熱反応曲線を制御することができる。

ポーチの通気性を実施例６−９及び１１−１４で測定して、熱反応曲線（図４及び５）における大きな差が、ポーチ通気性の変動に起因しないことを立証した。これらの実施例のポーチは、米国三菱商事会社から得られ、ＴＳＦ ＥＤＦＨ５０３５−ＴＹＰＥと表記されたナイロンスパンボンド微小孔性フィルム積層体であった。積層体のＷＶＴＲは、カップ法（ＡＳＴＭ標準Ｅ−９６Ｅ−８０）を用いて４５５±１４ｇ／ｍ²／２４時（１０サンプル）で測定された。この同じ方法は、発熱反応が終了した後実施例６−９及び１１−１４のポーチのＷＶＴＲを測定するのに用いられた。結果を表１３に示している。

表１３：実施例６−９及び１１−１４のポーチの通気性（ＷＶＴＲ）

表１３に示すデータは、実施例６−９及び１１−１４の熱デバイスに用いるポーチが、通気性において一致したことを立証する。したがって、これらの熱デバイスの熱反応曲線における大きな差は、保水層（水又は水中の１０パーセントの塩化ナトリウム）及び／又は発熱皮膜の組成（すなわち塩分の量）に付与された液体に起因する可能性がある。

本発明の熱デバイスに用いるための保水層によって水分の送達を制御する能力が、実証された。４つの異なるサンプルが試験された。サンプルＡ及びＢは、７５重量パーセント木質パルプフラフ（ウエアハウザーＮＢ４１６）、１５重量パーセント超吸収体、及び１０重量パーセント「Ｔ２５５」ＰＥ／ＰＰ二成分繊維（ＫｏＳａ）を含有する空気堆積ウエブから形成された。空気堆積ウエブは、２２５グラム／平方メートルの基本重量及び０．１２グラム／立方センチメートルの密度を有した。サンプルＣ及びＤは、９０重量パーセント木質パルプフラフ（ウエアハウザーＮＦ４０５）、及び１０重量パーセント「Ｔ２５５」ＰＥ／ＰＰ二成分繊維（ＫｏＳａ）を含有する空気堆積ウエブから形成された。空気堆積ウエブは、１７５グラム／平方メートルの基本重量及び０．０８グラム／立方センチメートルの密度を有した。超吸収体は、「ＳＸＭ９５４３」という名称でデグサＡＧから得られえた。

各空気堆積基体は、湿潤重量が、乾燥重量よりも約３．７倍から約倍４．０倍高くなるように、幅８．８９ｃｍ（３．５インチ）長さ１０．２ｃｍ（４．０インチ）の大きさに切り取られ、水溶液で各側面上に溶射された。サンプルＡ及びＣでは、水溶液は蒸留水のみを含有した。サンプルＢ及びＤでは、水溶液は、蒸留水中に１０重量パーセント塩化ナトリウムを含有した。湿潤基体は、環境チャンバ内に位置してオンバランスで置かれた。次いでチャンバ内の湿度及び温度は、時間の関数として記録された。加えて、各湿潤基体の重量はまた、時間の関数として「水分損失率」を得るために記録された。「水分損失率」は、元の湿潤重量から測定湿潤重量を差し引き、この数値を元の湿潤重量で割り、次に１００を掛けることによって計算された。得られた蒸発曲線は、図８に示される。サンプルＢ（ＳＡＰ／塩水）は、時間の関数としてより多くの水分（すなわちより高い蒸発率）を送達した点に留意されたい。同様にサンプルＤ（ＳＡＰ／塩水なし）は、サンプルＢよりもわずかに高いが、サンプルＣ（ＳＡＰ／水なし）よりもはるかに低い水分送達率を有した。

本発明は、本発明の特定の実施形態に関して詳細に記載したが、当業者であれば、上述の事項の理解に到達すると、これらの実施形態の改変、変更、及び均等物を容易に考え出すことができる点は理解されるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項及び本発明のあらゆる均等物の範囲と評価すべきである。

本発明による熱デバイスの１つの実施形態の断面図を示す図である。 本発明による熱デバイスの別の実施形態の断面図を示す図である。 実施例１−４のサンプルの温度（℃）対時間（分）を示す熱反応曲線である。 実施例６−９のサンプルの温度（℃）対時間（分）を示す熱反応曲線である。 実施例１１−１４のサンプルの温度（℃）対時間（分）を示す熱反応曲線である。 実施例１６−１９のサンプルの温度（℃）対時間（分）を示す熱反応曲線である。 実施例２１−２４のサンプルの温度（℃）対時間（分）を示す熱反応曲線である。 実施例２７の保水層における液体重量の損失（パーセント）対時間（分）を示す蒸発曲線である。

符号の説明

１０、１００ デバイス
１２、１１２ａ、１１２ｂ 基体
１４ａ、１４ｂ、１１４ａ、１１４ｂ 通気性層
１６、１１６ 保水層
１７、１９、１１７、１１９ 外側表面

Claims (19)

1. 熱デバイスであって、
   酸化性金属及び電解質塩を含み、酸素及び水分に露出することにより、発熱反応が活性化して熱を発生する発熱組成物が被膜された熱基体を含む発熱層と、
   吸収性繊維ウエブ、セルロース繊維、０．９重量パーセント塩化ナトリウムを含有する水溶液中でその重量の少なくとも２０倍吸収することができる超吸収性材料及びそれらの組合せからなるグループから選択された任意の媒体中に水分を前記発熱組成物に供給することができる水溶液を含む保水層と、
   前記発熱層と前記保水層との間に設けられ、液体の通過を妨げ水蒸気を通過させる分離層とを備え、
   前記保水層の水溶液から発生した水蒸気が前記分離層を介して前記発熱層に供給され、かつ前記水溶液が、金属塩を含む１つ又はそれ以上の溶質を含み、前記水溶液の蒸気圧を減少させることにより、前記保水層から前記発熱層に供給される水分量が抑制されるようにしたことを特徴とする熱デバイス。
2. 前記繊維性ウエブが、５０グラムから５００グラム／平方メートルの坪量及び０．０５から０．２５グラム／立方センチメートルの密度を有することを特徴とする請求項１に記載の熱デバイス。
3. 前記溶質が、１から２０重量パーセントの水溶液を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱デバイス。
4. 前記水溶液の蒸気圧が、２５℃で３６２６．３６Ｐａ（２７．２ｍｍＨｇ）よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱デバイス。
5. 前記水溶液が、前記酸化性金属の重量の２０重量パーセントから５００重量パーセントの量で存在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱デバイス。
6. 前記熱デバイスが、通過する水分及び酸素の量を調整することができ、前記発熱層及び前記保水層の少なくとも一方を覆う少なくとも１つの通気性層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の熱デバイス。
7. 発熱反応の開始前に前記発熱組成物に接触する水分及び酸素の量を制限することができる、前記熱デバイスを包む液不透過性素材のパッケージをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱デバイス。
8. 前記金属が、鉄、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、又はこれらの組合せであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の熱デバイス。
9. 前記発熱組成物が、炭素成分及び結合剤を更に含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱デバイス。
10. 前記発熱組成物が、第１の熱基体上に被膜されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱デバイス。
11. 前記熱デバイスが、発熱組成物で被膜された第２の熱基体をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の熱デバイス。
12. 前記保水層が、前記第１の熱基体と前記第２の熱基体との間に配置されたことを特徴とする請求項１１に記載の熱デバイス。
13. 第１及び第２の通気性層を含み、前記熱基体及び保水層が、前記第１及び第２の通気性層間に配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の熱デバイス。
14. 前記保水層が、５１パーセントの初期相対湿度及び２２℃の温度で求めた値として、０．０５パーセントから０．５パーセントの蒸発率で水分を前記発熱組成物に放出する水溶液を含有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の熱デバイス。
15. 前記セルロース繊維は、フラフパルプ繊維であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の熱デバイス。
16. 前記セルロース繊維は、前記保水層の乾燥ベースで５０重量パーセントから９５重量パーセントを構成することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の熱デバイス。
17. 前記保水層は、多成分合成繊維をさらに含有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の熱デバイス。
18. 前記繊維ウエブは、エアレイドウエブ又は湿式成形ウエブであることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の熱デバイス。
19. 請求項１乃至１８の何れか１項に記載の熱デバイスを酸素に露出して、該熱デバイスの１つ以上の表面が、２０分以下の時間内に３５℃から５５℃の温度に到達する制御された加熱プロファイルを達成する段階を含むことを特徴とする方法。

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