JP6363625B2 - 周囲湿度調節のための組成物、その調製方法及び環境の湿度を調節するためのその使用 - Google Patents

Description

本発明は、例えば包装、容器、箱、又はさらには靴などの閉鎖環境における湿度調節のための組成物に関する。

過剰な水分の存在は、菌類、カビ、悪臭又は結露の発生に起因して、非常に多くの製品の状態に影響を及ぼし得ることが知られている。

その一方で、乾燥し過ぎている環境は、他の材料に対して有害である。このような条件では、例えば、木製楽器の状態に影響する場合がある。また、食品や香辛料の風味や香りが変化する。

閉鎖系において水分を減少させるために、乾燥剤が通常用いられ、一般的には通気性のある袋に入れて供される。最もよく用いられるものにはシリカゲル、活性粘土及び吸湿性の塩が含まれる。

しかしながら、これらの材料を、湿度調節剤としての使用に不適当にさせる制限が非常に多い。第一に、これらの材料は、必要の無い場合でさえも、(完全に飽和するまで)水分を捕捉するので、環境を乾燥させすぎる危険性が伴う。

第二の制限は、これらの材料が、いったん最大の吸収に達してしまうと、再生能力(つまり水分放出)が乏しいか、全く無いことである。このような状態では、これらの材料は使用不能になり、復活させるためには100℃超に加熱しなければならず、結果としてエネルギー消費が高くなり、使用の観点からは実用性が乏しい。

これらの材料のいくつかについての第三の制限は、潮解という、固体の吸湿性の塩による水分吸収の後に、水性の溶液を生じる現象である。加えて、この溶液は、保護すべき材料を腐食する可能性のあるイオンを含有することがある。

この問題を解消するために、吸湿性の塩の粒子を増粘剤と混合するといった、様々な配合が知られている。しかしながら、化工デンプン又は糖などの有機増粘剤は、特に多量に用いた場合、細菌増殖の発達及び拡大のための優れた栄養になるという残念な欠点を有している。

重要な側面は、上に挙げた乾燥剤製品の大部分は、食品と直接接触させて使用することができないということである。この問題の解決法として、乾燥材を含有する適切な保護膜を使用してもよい。しかし、この場合、水分吸収速度が必然的に低下し、同時に製品の最終コストが増加する。

上記に加えて、乾燥した系において水分量を上昇させるためには、通常加湿剤が用いられるが、この加湿剤は、水分を完全に使い果たすまで恒常的に放出する。乾燥剤について記述したように、この場合においても、このプロセスは制御することができず、過剰に乾燥した環境から、過剰に湿度の高い環境へ変化する危険性を伴う。

米国特許第7326363号明細書 米国特許第7927655号明細書

したがって、本発明の目的は、利用必要条件に応じて高い水分保持能力又は水分放出能力を有し、全ての作動環境において潮解現象を起こさず、迅速な再生能力を有し、食品と直接接触させて使用することのできる新たな湿度調節剤を提供することである。

前記の目的を、請求項1に記載の湿度調節剤、及び請求項4に記載のその調製方法に関する本発明によって達成する。この湿度調節剤は、自己の形状を保持する安定なゲル形態の固体材料で構成されるので、箱や袋のような容器を必要とせず、そのため使用が容易である。

本発明を、添付の図面の図表を参照して、下記に詳細に記述する。

図1は、実施例3について実施した試験の結果を図示する。図2は、実施例4について実施した試験の結果を図示する。 図3は、実施例6について実施した試験の結果を図示する。図4は、実施例7について実施した試験の結果を図示する。 図5は、実施例8の周知技術の系を用いた比較試験の結果を図示する。

(本発明を実施するための最良の実施態様)
本発明の第一の実施態様によれば、組成物は、湿度調節のために、自己の形状を保持する安定なゲル形態で提供され、塩化マグネシウム、ヒドロキシプロピルメチルセルロース及びメチルヒドキシエチルセルロースから選択されるセルロース、並びに水で構成され、塩化マグネシウムと前記セルロースとの比率は、0.1から16の間であり、好ましくは0.5から4の間であり、より好ましくは1に等しい。

用語「湿度調節のための組成物」は、第一の工程において周囲水分を吸収することができ、その後第二の工程において、オーブン又は高い温度を用いることなく、周囲温度でその水分を放出する、組成物を示す。

そのように得られる組成物は、自己の形状を保持する安定なゲル形態であり、極度の相対湿度条件では最大で250質量%より多く水分を吸収することができる。

有利なことに、上記の組成物中に用いられる特定の塩及び特定のゲル化剤を選択することによって、塩化物に典型的な潮解性を有さず、吸収の前後で外観が変わらない、応用に関して計り知れない優位性を有する湿度調節剤を得ることができる。さらに、FDAの食品部門によって承認された成分のみから構成されるため、組成物は、食料品と直接接触させて、又は食品の包装材料のコーティングとして用いることができる。

加えて、塩化マグネシウムは食品補助剤として広く用いられ、上記のセルロースは錠剤及びカプセルのコーティングとして医薬産業において頻繁に利用されることから、本願明細書において記述される湿度調節剤は可食性である。

好ましくは、組成物は、そのままで用いることができ、あるいは水分透過性の包装材料、例えば容器又は袋の内部に用いることができる。

本発明の第二の実施態様によれば、上述の組成物を調製するための方法がさらに提供される。

当該技術分野において、吸湿性の塩及びセルロースを含む組成物の調製は、例えば米国特許第7326363号明細書及び米国特許第7927655号明細書に示されるように、周知である。

一つ目の調製は、少量のセルロースを予め調製した塩化カルシウム溶液に加えることを含む(溶液法:method in solution)。当該特許において強調されているように、前記方法は、塊の存在を伴う、非常に不均一なサンプルを生成するという欠点を有するので、製造プロセスにおいて様々な予防策(最小限かつ段階的なセルロースの投与、溶液の噴霧化等)をとる必要がある。結果的に、前記方法は、本発明の合成方法に対して、より効果が低く、より高コストで、エネルギーに関して不利である。

合成中のサンプルの不均一性という欠点を解消するために、周知技術では、米国特許第7927655号明細書に示す二次乾燥法(second dry method)を提案している。この方法は、2つの固体成分を混合することを含み、その後、その混合物を恒温恒湿槽(climatic chamber)でコンディショニング(conditioning)する。前記コンディショニングは2つの別個の工程を伴い、第一の工程を高い水分量、例えばRH = 90%で、及び第二の工程を低い水分量かつ高い温度で行うので、合成時間がおおよそ2倍になる。

本発明の方法は、上述の欠点を克服する。

第一の工程は、塩化マグネシウムを水に溶解させることにより得られる溶液の調製である。そのようにして得られた溶液を、50℃、好ましくは70℃より高い温度に加熱する。加熱後、粉末形態のセルロースを攪拌しながら加える。そのようにして得られた溶液を、その後、10℃未満、好ましくは5℃未満に急冷する。得られたゲルを、恒温恒湿槽にて最終的な適用に従って所望の条件にコンディショニングする。

有利なことに、これまで用いられてきた方法と異なり、ゲル化剤を加える前に溶液を高温に加熱することにより、極めて均一で加工可能な、潮解を起こさない溶液を得ることができる。さらに、前記調整方法は、当該技術分野で周知のドライ調製法(dry-preparation method)よりもはるかに安価で迅速である。

このようにして得られた製品は、包装、容器、箱、又はさらには靴の内部の環境中の湿度調節のための非常に多くの適用において使用することができる。

有利なことには、所望の使用に関連して例えば香料及び抗菌物質など、さらなる添加剤を本発明の組成物に加えることができる。

本発明のさらなる特徴は、以下の単なる例示の、かつ非限定的な実施例の説明によって、明らかになる。

＜実施例１＞
[組成物の調製]
様々な組成物のサンプルを、以下に説明する通りに調製した。

既知量の塩を、10 mlの脱塩水に溶解させる。得られた溶液を、次に水浴中でおよそ70℃の温度に加熱する。粉末状のヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)1 gを棒で攪拌しながら加え、そのようにして得られた混合物を、氷浴中で5℃の温度まで急冷し、確実に急速なゲル化を行う。

以下の表1はコンディショニングの前のサンプルの調製に使用される量を示す。

このようにして得られたサンプルを、特定の用途のために必要な特性を付与するために、制御された雰囲気中でコンディショニングする。

前記調節剤が高湿度条件から材料を保護し、及び、例えば、菌類、カビ、悪臭又は結露の発生を回避しなければならない場合、コンディショニングのパラメーターは温度23℃、及び相対湿度(relative moisture)40%である場合がある。前記コンディショニングの後、サンプルは表2に記載の組成を有する。

逆もまた同様に、前記調節剤が高湿度条件を保たなければならない場合、例えばタバコの輸送及び保存時において、コンディショニングのパラメーターは、温度30℃、及び相対湿度90%である場合がある。前記コンディショニングの後、サンプルは表3に記載の組成を有する。

表2及び3において末尾に付した「低」及び「高」は、2通りの異なるコンディショニングに起因し、特定の適用によって決められる、サンプルに含まれる水分量を識別する。

＜実施例２＞
[最大吸収量試験]
高湿度条件に晒された場合の最大吸収能力に関して、表2のサンプルを分析した。試験は、サンプルを40℃、相対湿度値75%の恒温恒湿槽に設置することにより実施した。得られた結果を表4に示す。

得られた結果から、塩化マグネシウムの量が増加するにつれて、吸収される水蒸気の量が増加することがわかる。

吸収データの増加は、塩化マグネシウムの量の増加に直線的には比例していないが、これは後者の量によって、開始時の系におけるゲル化水の量の増加が定まるためである。

＜実施例３＞
[使用時間が再生時間より短い適用を想定した、穏やかな条件下での繰り返し試験]
穏やかな条件での水分の吸収能力、及び大気条件での再生能力に関して、表2の「C0.5-低」のサンプルを分析した。試験は、サンプルを40℃、相対湿度75%の恒温恒湿槽に8時間設置し、その後空気中で16時間再生させることにより実施した。これらの条件は、乾燥剤としての比較的短時間の使用条件(8時間)、及びそれより長い再生期間(16時間)を再現するために選択された。

前記試験は、系の使用の再現性及び連続性を評価するために、繰り返し(5サイクル)実施した。得られた結果を図1に示す。

図1からわかるように、当該系は周囲乾燥期間(各3時間)中に40%の水分を吸収することができる。この値は、吸収可能な最大の水分量に等しく(表1参照)、当該系の周囲条件下での優れた反応速度を意味する。

これは、使用中においては、本発明の結果による環境の迅速なコンディショニングにつながる。

再生中、周囲条件で16時間後に、当該系は開始時の状態に戻ることができる(完全再生)。また、当該系が各分析サイクルで全く同一の吸収及び再生挙動を有することも注目すべきであり、可逆性が非常に高いことを強調している。

＜実施例４＞
[使用時間が再生時間より長い適用を想定した、厳しい条件下での繰り返し試験]
ストレス条件での水分の吸収能力、及び大気条件での再生能力に関して、表2の「C0.5-低」のサンプルを分析した。試験は、サンプルを40℃、相対湿度75%の恒温恒湿槽に16時間設置し、その後空気中で8時間再生させることにより実施した。前の実施例で観察したものとは反対に、これらの条件は、乾燥剤として比較的長時間の使用条件(16時間)、及びそれより短い再生期間(8時間)を再現するために選択された。

この場合においても、試験は、系の使用の再現性及び連続性を評価するために、繰り返し(5サイクル)実施した。

得られた結果を図2に示す。

この場合においても、図2からわかるように、当該系は1回目のサイクル中に40%の水分を吸収することができる。以前既に観察されたように、前記の値は、吸収可能な最大の水分量に等しい(表1参照)。

当該系は、短時間(8時間)の再生の後でも、開始時の状態に戻ることができる(完全再生)。このデータは、当該系が短時間で再生でき、そのため最大限活用できることを強調している。

図2では、当該系が各分析サイクルで全く同一の吸収及び再生挙動を有することがわかり、可逆性が非常に高いことを強調している。

一般的に、示される実施例から、前記系は、穏やかな使用条件か厳しい使用条件かに関わらず、その特性を変化させることなく複数回使用することができると結論付けられる。

＜実施例５＞
[最大脱着量試験]
乾燥環境に晒された場合の最大水分放出能力に関して、表3に提示したサンプルを分析した。試験は、サンプルを23℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽に設置することにより実施した。得られた結果を表4に示す。

この場合においても、塩化マグネシウムの量が増加するにつれて、脱着される水蒸気の量が増加する。脱着データの増加は、塩化マグネシウムの量の増加に直線的には比例していない。

＜実施例６＞
[再生時間より短い使用時間を伴う適用を想定した、穏やかな条件下での繰り返し試験]
穏やかな使用条件での水分の放出能力、及び高い相対湿度条件での再生能力に関して、表3の「C0.5-高」のサンプルを分析した。試験は、サンプルを23℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽に8時間設置し、その後16時間再生(T = 30℃、TH = 90%)させることにより実施した。得られた結果を図3に示す。

実施例3及び4で検討されたこととは反対に、この場合においては、当該系は加湿剤として使用され、そのため、使用期間においては、乾燥した環境中への水分の放出により、質量の減少(及び非増加)を示す。

一般的に、サンプルの繰り返し使用(5サイクル)中において、自己の質量の36%に等しい値の水分を環境中と交換することができることがわかる。加えて、1回目の使用サイクル中には、サンプルは平衡値(36%)に対してさらに高い加湿能力を示し、約50%の値で安定する。以前の繰り返し試験で強調されたように、この場合においても、当該系は長時間にわたってその特性を変化させず保持する。

＜実施例７＞
[再生時間より長い使用時間を伴う適用を想定した、厳しい条件下での繰り返し試験]
ストレス条件での水分の放出能力、及び高い相対湿度条件での再生能力に関して、前の実施例と同じ「C0.5-高」のサンプルを分析した。試験は、サンプルを23℃、相対湿度40%の恒温恒湿槽に16時間設置し、その後8時間再生(T = 30℃、TH = 90%)させることにより実施した。得られた結果を図4に示す。

厳しい条件が短時間の再生及び長時間の使用を伴う、この場合において、サンプルは、十分な除湿能力を示す。実際、サンプルは、28%に等しい値の質量の水分を環境中と交換することができる。

また、この場合において、1回目の使用サイクル中には、サンプルは平衡値(28%)に対してさらに高い加湿能力を示し、約57%の値で安定する。

以前の繰り返し試験で強調されたように、この場合においても、穏やかな使用条件か厳しい使用条件かに関わらず、当該系は長時間にわたってその特性を変化させず保持する。

＜実施例８＞
[周知技術との比較試験: 閉鎖環境における湿度調節]
本発明による湿度調節剤C1のサンプルを、表1の配合で、実施例1に示す通りに調製した。その後、サンプルを、高い周囲湿度値に対する湿度調節剤として作動させるために、23℃、相対湿度40%でコンディショニングした。

コンディショニングしたサンプル10 g、長方形、寸法5×4×0.2 cm³を、スナップ式の閉じ具及び1.5リットルの内部容積を有するプラスチック製の箱(以下ボックスC1)に設置し、記録計(datalogger)を用いて内部温度及び湿度条件を確認した。周知技術を代表する乾燥剤を、国際公開第2005/087364号パンフレットに記述される通りに、95%のMgCl₂及び5%のヒドロキシエチルセルロースを混合することにより調製した。この粉末状の混合物10 gを、前の場合と同様にT-RH記録計が入った2番目のプラスチック製の箱(以下乾燥剤ボックス)に設置した。T-RH記録計のみを入れ、乾燥剤も湿度調整剤も入れない、3番目のプラスチック製の箱(以下対照ボックス)を作成した。

ボックスC1、乾燥剤ボックス、及び対照ボックスを閉じて恒温恒湿槽に設置し、対応するT-RH記録計によって5分間隔でデータを収集した。

その後、温度及び相対湿度の典型的な昼/夜変動を再現する、繰り返しプログラムを開始した。5日後、試験を停止した。収集したボックス中の温度及び相対湿度のデータを、図5のグラフに報告する。

注目すべきは、本発明の対象の湿度調節剤(ボックスC1)だけが、大きい偏差及び小さい偏差の両方の場合において、湿度条件を保つことができるということである。実際、対照ボックスにおける変動は35〜55%の範囲に収まっているが、サンプルC1は優れた湿度制御を示し、44±1%の値を維持する。一方、乾燥剤ボックスのサンプルは、激しく箱の中の湿度を減少させ、全試験期間において10%よりわずかに低い値を維持することから、本発明の組成物によって提示される調節特性とは程遠く、明らかに従来の乾燥剤として作用している。

＜実施例９＞
[力学的特性の評価]
本発明の組成物の力学的特性を、ヨーロッパ標準ISO 527-3に準拠した動力計を用いて評価した。実施例1に記述される方法に従って、サンプルを合成し、23℃、相対湿度40%、又は40℃、相対湿度75%でコンディショニングした。その後、20×150 mm、厚さ2.0 mmを測定して分け、細片を作成した。

これらのサンプルを、2つの適切なクランプを用いて動力計に設置し、一定の伸張、100 mm/分を破損するまで与えた。この試験により、表5に示すヤング率及び引張強度の両方を算出する。

得られた結果を考慮すると、本発明の対象の組成物の力学的特性は、ゲル状材料と同等であるとみなされる。

Claims (3)

1. 以下の工程:
   a) 塩化マグネシウムを水に溶解させて溶液を得る工程;
   b) 前記溶液を50℃よりも高い温度に加熱する工程;
   c) ヒドロキシプロピルメチルセルロース及びメチルヒドロキシエチルセルロースから選択されるセルロースを前記溶液に加える工程;
   d) 10℃未満の温度に急冷する工程;
   e) 恒温恒湿槽内でコンディショニングする工程
   を含むことを特徴とする、塩化マグネシウム、ヒドロキシプロピルメチルセルロース及びメチルヒドロキシエチルセルロースから選択されるセルロース、並びに水から成る、ゲル形態の湿度調節のための組成物であって、
   塩化マグネシウムとセルロースとの量の比率が質量比で0.1から16の間である組成物を調製するための方法。
2. 前記工程 b) を70℃の温度で実施することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
3. 前記工程 d) を5℃未満の温度で実施することを特徴とする、請求項1に記載の方法。

Images