KR20060107534A

KR20060107534A - 열 발생 집적체, 및 이를 이용한 무화염 히터 및 자체가열패키징

Info

Publication number: KR20060107534A
Application number: KR1020067009564A
Authority: KR
Inventors: 빈센트 페이옌; 로버트 핀; 조세프 미첼; 조지 칼 함슨; 데니스 메이어스; 조세프 커크패트릭
Original assignee: 이노포스 인코퍼레이티드
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-10-13
Also published as: EP1713878A1; CA2543035C; US7258117B2; WO2005037953A1; US20050092319A1; BRPI0415580A; CA2543035A1; AU2004282596A1

Abstract

본 발명의 열 발생 집적체는, 산성 무수물, 산성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 산성 성분, 또는 염기, 염기성 무수물, 염기성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 염기성 성분, 또는 상기 산성 성분과 염기성 성분의 혼합물로 된 입자를 함유한다. 열 발생 집적체는 제어 가능한 발열 속도로 높은 발열량을 제공하며, 안전과 환경 측면의 위험성을 최소화하므로, 자체가열 패키징에서의 열 발생 부재로서 유용하다.

열 발생 집적체, 산성 무수물, 염기성 무수물, 오산화인, 산화칼슘, 카르누바 왁스, 무화염 히터, 자체가열 패키지

Description

열 발생 집적체, 및 이를 이용한 무화염 히터 및 자체가열 패키징{HEAT-PRODUCING AGGLOMERATES AND THEIR APPLICATION IN FLAMELESS HEATERS AND SELF-HEATING PACKAGING}

관련 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2003년 10월 17일에 출원한 미국 가출원 일련 번호 60/512,460호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 문헌의 내용 전체는 원용되어 본 명세서에 포함된다.

기술분야

본 발명은 열 발생 집적체(heat-producing agglomerate), 보다 구체적으로는 물과 접촉하면 열을 발생하고, 무화염 히터(flameless heater) 및 자체가열 패키징을 위한 열원으로서 유용한 열 발생 집적체에 관한 것이다. 열 발생 집적체는 식품이나 액체의 가열용, 또는 휴대형 열 발생 물질이 유용하게 이용될 수 있는 그 밖의 응용을 위한 휴대형 장치에 사용될 수 있다.

자체가열 패키징에 사용되는 열 발생 조성물은 공지되어 있다. 예전의 열 발생 조성물은, 열 발생 반응을 일으키도록 두 가지 이상의 반응제를 혼합함으로써 열을 발생시키는 것이 전형적이다. 예를 들면, 고체 물질을 물과 같은 액체와 혼 합하여 고체 물질이 수화(hydration)됨으로써 열을 발생시킬 수 있다. 이와는 달리, 상기 액체가, 고체와 반응하여 발열성 화학 반응을 일으킴으로써 열을 방출시키는 물질을 함유하는 용액일 수 있다. 그러나, 종래의 열 발생 조성물은 몇 가지 바람직하지 않은 특징을 나타낸다.

미국특허 제4,793,323호는 가열할 식품이나 액체를 수용하고 있는 다중 격실(multi-compartment) 패키지를 구비한 자체가열 용기를 개시한다. 상기 용기는 막에 의해 분리되어 있는 2개의 격실을 포함한다. 각각의 격실은 반응제를 담고 있으며, 막을 파괴하기 위한 부재가 제공된다. 막이 파괴되면, 반응제(예컨대, 물과 염화칼슘 또는 산화칼슘)가 혼합되고, 그에 따른 발열 반응에 의해 패키지와 그 내용물이 가열된다. 상기 시스템의 단점 중 하나는, 개시된 반응제 시스템의 각각의 발열량으로는 비교적 적은 양의 식품이나 음료를 가열하는 데에 비교적 많은 양의 상기 반응제가 필요하다는 점이다.

미국특허 제5,611,329호는 소정 수의 포켓을 형성하도록 열 방식으로 결합되어 있는 부직형 수 투과성 폴리에스테르 시트로 이루어진 무화염 히터를 개시한다. 결합된 폴리에스테르 시트에 의해 형성된 포켓 각각은 Mg-Fe 합금, NaCl, 발포방지제 및 불활성 충전재의 분말 혼합물로 채워져 있다. 물에 접촉시키면, Mg-Fe 합금은 발열 반응, 즉 합금 중 마그네슘 성분의 수화 반응을 일으킨다. 수화 반응에 의해 발생된 열은, 예를 들면, 군용 야전 식량(field ration)을 가열하는 데 사용될 수 있다. 무화염 히터의 단점 중 하나는 마그네슘의 수화 반응이 수소 가스를 발생시키며, 이것은 안전에 대해 위험성을 제기할 수 있다.

미국특허 제5,935,486호 및 제6,248,257호는 산성 무수물 또는 염, 염기성 무수물 또는 염, 및 불활성 물질의 혼합물을 포함하는 열 발생 조성물을 포함하는 휴대형 열원을 개시한다. 상기 혼합물에 물을 첨가하면 열을 발생하는 발열 반응이 일어난다. 상기 가열 조성물은 종래의 시스템에 비해 다소 개선된 성능을 제공하지만, 개시된 시스템은 열 발생 속도에 대한 제어가 정밀하지 못하므로, 제어되지 않은 반응이 일어남으로써 급속하고 잠재적으로 위험한 열 발생 속도로 이어지는 조성물을 초래할 수 있다. 더 나아가 상기 열 발생 조성물은 경우에 따라서는 부식성 폐기물을 발생함으로써 사용이 끝난 열원의 폐기를 복잡하게 할 수 있다.

안전이나 환경 측면에 심각한 위험을 초래하지 않으면서 발열량이 높은 열 발생 조성물을 제어가능한 방식으로 제공하기 위해서는, 이상과 같은 단점을 비롯한 여러 가지 종래 기술의 문제점을 극복하는 것이 요망된다.

본 발명은, 예를 들면 식품이나 액체를 가열하기 위한 휴대형 용기 또는 휴대형 열원을 갖는 것이 유익한 임의의 다른 응용에 이용할 수 있는 휴대형 열원을 제공하는 다양한 형태로 사용될 수 있는 열 발생 집적체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 열 발생 집적체는 일반적으로 물과 접촉하면 열을 방출 및/또는 발생하는 하나 이상의 성분을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 열 발생 집적체는 2개의 성분을 포함하는데, 이들 두 성분은 모두 물과 접촉하면 수화 반응의 결과 열을 방출할 뿐 아니라, 두 성분 사이에 일어날 수 있는 화학적 반응, 예컨대 산성 성분과 염기성 성분 사이의 중화 반응의 결과로서 열을 방출한다. 산성 성분과 염기성 성분은 사용된 집적체 시스템을 안전하고 용이하게 폐기할 수 있게 하기 위해, 거의 중성이고 환경적으로 안전한 부산물을 생성하도록 선택할 수 있다.

따라서, 하나의 태양에서, 본 발명은 산성 무수물, 산성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 산성 성분, 또는 염기, 염기성 무수물, 염기성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 염기성 성분, 또는 상기 산성 성분과 염기성 성분의 혼합물로 된 입자를 포함하는 열 발생 집적체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 입자들은 보다 큰 입자로 집괴화(agglomeration) 가능하게 또는 집괴화를 촉진하기 위해 바인더 물질과 결합시킬 수 있다. 이와는 달리, 바인더 물질이 없는 상태에서 원하는 입도 분포를 얻기 위해 상기 입자들을 집괴화하거나 처리할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 재료들을 0.5 킬로폰드(kilopond) 이상의 축방향 파쇄 강도(crush strength)를 갖는, 보다 큰 입자 또는 정제로 집괴화시킨다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 약 2 kilopond 내지 약 35 kilopond의 축방향 파쇄 강도를 나타내는, 보다 큰 입자 또는 정제를 형성한다.

바람직한 실시예에서, 열 발생 집적체는 오산화인, 산화칼슘 및 카르누바 왁스(carnuba wax)와 같은 바인더 물질로 이루어진다. 열 발생 집적체가 물과 혼합되면, 오산화인과 산화칼슘이 수화되어 열을 방출한다. 오산화인과 산화칼슘의 수화 반응의 결과로 형성되는 인산과 수산화칼슘 사이의 발열성 중화 반응으로 인해 추가적 열이 방출된다. 이하에서 구체적으로 설명하는 바와 같이, 성분들 사이에 불필요한 제어되지 않은 반응의 가능성을 피하기 위해 본 발명의 열 발생 시스템에 내포된 성분(들), 예컨대 산화칼슘 또는 오산화인, 또는 그 두 물질의 입자 크기를 조절하는 것이 바람직하다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 산성 무수물, 산성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 산성 성분, 또는 염기, 염기성 무수물, 염기성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 염기성 성분, 또는 상기 산성 성분과 염기성 성분의 혼합물로 된 입자를 집괴화하는 단계를 포함하는, 열 발생 집적체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 성분들은 열 발생 물질의 집괴화를 가능하게 하도록 바인더 물질과 결합시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 원하는 열 발생 집적체를 형성하기 위해 집괴화 이전, 집괴화 동안 또는 집괴화가 시작된 후에 각각의 성분들(예컨대 산성 성분과 염기성 성분)을 혼합할 수 있다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 하나 이상의 본 발명에 따른 열 발생 집적체 및 용기 또는 집적체를 위한 구획된/한정된 영역을 포함하는 무화염 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 다음을 포함하는 열 발생 패키징 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다:

(a) 가열시킬 재료를 수용하는 재료 용기 및

(b) 하나 이상의 본 발명의 열 발생 집적체를 포함하는 무화염 히터.

또 다른 태양에서, 본 발명은 열 발생 집적체를 형성하기 위해 직접 압축시키거나 또는 혼합할 수 있는 입자상(particulate) 열 발생 조성물로서,

(a) 산성 무수물, 산성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 산성 성분, 또는 염기, 염기성 무수물, 염기성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 염기성 성분, 또는 상기 성분들의 혼합물로 된 입자, 및

(b) 윤활제

의 혼합물을 포함하는 열 발생 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 하나 이상의 단점 또는 문제점을 극복하는 것이며, 식품이나 물의 가열 또는 임의의 다른 적절한 용도에 사용되는 휴대형 열원을 제공하는 데 이용될 수 있는 열 발생 집적체를 제공한다. 본 발명의 열 발생 집적체는 환경 측면에 비교적 친화성인 반응 생성물을 발생하는 안전한 열원을 제공하는 데 이용될 수 있다. 본 발명의 다른 이점은 이하게 기재되는 바람직한 및/또는 예시적인 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 당업자에게 명백할 것이다.

본 발명의 개시 내용의 대상이 열 발생 집적체 및/또는 그러한 열 발생 집적체를 활용하는 시스템의 제조 및 사용과 관련하여 당업자를 보조하기 위해, 첨부 도면을 참조한다.

도 1은 본 발명에 따른 무화염 히터의 일 실시예의 부분 절개 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 히터의 측면 단면도이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 히터를 포함하는 자체가열 패키징 시스템의 일 실시예의 부분 절개 평면도이다.

도 4는 자체가열 패키징 시스템의 또 다른 실시예의 측면 단면도이다.

본 명세서에서 사용하는 "집적체"란 고체 입자 물질의 응집체(cohesive mass)를 의미한다. 적합한 집적체는 임의의 편리한 형태, 예를 들면, 정제(tablet), 브리켓(briquette), 타일, 펠릿, 비드(bead), 구체(sphere) 또는 과립(granule) 등의 형태를 가질 수 있다. 여기서 말하는 "정제"란 외형상 일반적으로 약제에 사용되는 알약(pill) 경구 투여 형태와 유사한 덩어리진 입자상 물질의 성형체를 의미하고, "브리켓"과 "타일"은 각각 벽돌이나 타일과 비슷한 덩어리진 입자상 물질의 일반적으로 직선으로 둘러싸인 물체를 의미하고, "펠릿"은 덩어리진 입자상 물질의 기다란 원통형 물체를 의미하고, "비드", "구체" 및 "과립"은 각각 덩어리진 입자상 물질의 일반적으로 구형인 물체를 의미한다.

여기서 말하는 "산성 염"은 물에 용해되면 7 미만의 pH를 나타내는 염을 의미한다. 적합한 산성 염으로는, 예를 들면, 염화알루미늄, 염화아연, 사염화티타늄, 염화제1철 및 질산제2철이 포함된다.

여기서 말하는 "산성 무수물"은 산으로부터 하나 이상의 물 분자를 제거함으로써 산으로부터 유도되는 물질 및/또는 물의 존재 하에 산이 되는 물질을 의미하고, 그러한 물질의 부분 가수분해 형태를 포함한다. 적합한 산성 무수물로는, 예를 들면, 오산화인, 무수 염화알루미늄, 폴리인산과 같은 부분 가수분해된 산 무수물, B₂O₃ 및 BO와 같은 비금속 산화물, 무수 아세트산, 무수 프로피온산, 무수 이소부티르산, 무수 발레르산, 무수 말론산, 무수 아디프산, 및 무수 프탈산과 같은 무수 카르복시산이 포함된다.

여기서 말하는 "염기"란 물에 용해되면 7보다 높은 pH를 나타내는 물질을 의 미한다. 적합한 염기로는, 예를 들면, 수산화칼슘, 수산화칼륨 등이 포함된다.

여기서 말하는 "염기성 염"이란 물에 용해되면 7보다 높은 pH를 나타내는 염을 의미한다. 적합한 염기성 염으로는, 예를 들면, 아세트산나트륨, 벤조산나트륨 및 아스코르브산칼륨이 포함된다.

여기서 말하는 "염기성 무수물"은 염기로부터 하나 이상의 물 분자를 제거함으로써 염기로부터 유도되는 물질 및/또는 물의 존재 하에 염기로 되는 물질을 의미하고, 그러한 물질의 부분 가수분해 형태를 포함한다. 적합한 염기성 무수물로는, 예를 들면, 산화칼슘, 산화리튬과 같은 금속 산화물, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화루비듐, 산화세슘, 산화마그네슘, 산화스트론튬 및 산화바륨이 포함된다.

열 발생 집적체의 산성 성분 및/또는 염기성 성분은 수화되면, 즉 물과 접촉하면 바람직하게 열을 발생한다. 산성 성분과 염기성 성분을 모두 포함하는 실시예에서, 산성 및 염기성 수화 생성물은 더 나아가 발열성 중화 반응을 일으켜 추가적 열을 발생할 수 있다. 열 발생 집적체의 산성 성분, 염기성 성분 및 임의의 다른 성분들의 상대적 양은 일반적으로 집적체의 단위 질량당 원하는 열량을 제공하도록 선택된다. 상기 상대적 양은 또한 잔사(residue), 즉 집적체 사용 후의 잔류 물질이, 예를 들면 원하는 범위의 pH를 갖는 잔사를 제공하도록, 원하는 성질을 갖도록 선택될 수 있다.

본 발명의 집적체의 염기성 성분은 산화칼슘, 수산화칼슘 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 염기성 성분이 산화칼슘과 수산화칼슘의 혼합물인, 본 발명의 실시예에서, 염기성 성분은 혼합물 100 중량부(pbw)를 기준으로, 약 35 pbw 내 지 약 99 pbw, 보다 전형적으로는 약 40 pbw 내지 약 95 pbw의 산화칼슘, 및 약 1 pbw 내지 약 65 pbw, 보다 전형적으로는 약 5 pbw 내지 약 60 pbw의 수산화칼슘을 포함할 수 있다. 산화칼슘은 석회 형태로 제공될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 집적체는 산성 성분과 염기성 성분을 모두 포함한다. 이들 실시예에서, 집적체의 산성 성분과 염기성 성분의 합계 중량 100 중량부를 기준으로, 집적체는 약 1 pbw 내지 약 99 pbw, 전형적으로는 약 25 pbw 내지 약 85 pbw, 보다 전형적으로는 약 40 pbw 내지 약 75 pbw, 더욱 전형적으로는 약 50 pbw 내지 약 65 pbw의 산성 성분, 및 약 1 pbw 내지 약 99 pbw, 전형적으로는 약 15 pbw 내지 약 75 pbw, 보다 전형적으로는 약 25 pbw 내지 약 60 pbw, 더욱 전형적으로는 약 35 pbw 내지 약 50 pbw의 염기성 성분을 포함할 수 있다.

본 발명의 집적체는, 산성 무수물, 산성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 산성 성분, 또는 염기, 염기성 무수물, 염기성 염 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 염기성 성분으로 된 입자의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 산성 성분은 오산화인을 포함하고, 염기성 성분은 산화칼슘, 수산화칼슘 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 보다 바람직하기로는, 본 발명의 산성 성분은 오산화인을 포함하고, 본 발명의 염기성 성분은 산화칼슘을 포함한다.

소정의 선택된 입도 분포를 가진 입자상 산성 성분 및 염기성 성분을 이용함으로써 본 발명의 열 발생 집적체의 반응 역학에 대한 제어, 및 그에 따라 집적체에 의해 나타나는 열 생성 속도에 대한 제어를 개선할 수 있다. 예를 들면, 이하에서 구체적으로 언급하는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 오산화인과 산화칼슘이 각각 산성 성분과 염기성 성분으로서 사용된다. 이들 성분을 열 발생 집적체에 사용할 때에는, 매우 짧은 시간에 다량의 열을 발생할 수 있는 제어되지 않은 반응의 가능성을 피하기 위해 상기 성분들의 입자 크기 또는 입도 분포를 세심하게 제어해야 하는 것으로 밝혀졌다. 이하에서 언급하는 바와 같이, 열 발생 집적체의 성분들의 입자 크기 및/또는 입도 분포를 제어함으로써, 상기 성분들간의 반응을 제어할 수 있고, 잠재적으로 위험한 반응을 회피할 수 있다.

입자 크기의 분포는 여러 가지 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들면, 체질 분석(sieve analysis)에 의해 메쉬 사이즈가 상이한 일련의 스크린을 통과하는 재료의 양을 측정함으로써 입도 분포를 판정할 수 있다. 이와는 달리, 레이저 회절 기법을 이용하여 입도 분포를 판정할 수도 있다.

열 발생 집적체의 각 성분에 대한 최적의 입자 크기는 사용하는 재료의 형태에 의거하여 결정되고, 본 명세서의 교시에 기초하여 당업자가 용이하게 결정할 수 있다. 본 발명의 조성물 중 산성 성분의 입자에 대한 전형적인 입자 크기는 레이저 회절에 의해 판정되는, 상기 입자 총량의 체적 퍼센트("vol %")로서 이하에 설명된다. 본 발명의 조성물 중 염기성 성분의 입자에 대한 전형적인 입자 크기는 체질 분석에 의해 판정되는, 상기 입자 총량의 중량 퍼센트("wt %")로서 이하에 설명된다.

열 발생 집적체의 산성 성분의 입자는, 약 10 vol % 미만, 보다 전형적으로는 약 5 vol % 미만의 입자가 약 180 ㎛보다 큰 입자 크기를 가지며, 약 10 vol % 미만의 입자가 약 15 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 입도 분포를 나타낼 수 있다. 본 발명의 산성 성분이 오산화인인 실시예에서, 오산화인은 약 10 vol % 미만, 보다 전형적으로는 약 5 vol % 미만의 입자가 약 180 ㎛보다 큰 입자 크기를 가지며, 약 80 vol % 내지 약 100 vol %의 입자가 약 15 ㎛ 내지 약 180 ㎛, 전형적으로는 약 20 ㎛ 내지 약 140 ㎛, 더욱 전형적으로는 약 25 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 입자 크기를 가지며, 약 10 vol % 미만의 입자가 약 15 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 산성 성분이 오산화인인 이하에 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 95%의 입자가 30 ㎛ 내지 75 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는다.

염기성 성분의 입자는, 약 10 wt % 이하, 전형적으로는 약 5 wt %의 입자가 약 850 ㎛보다 큰 입자 크기를 가지며, 약 50 wt % 이하, 전형적으로는 약 40 wt % 이하의 입자가 약 212 ㎛보다 큰 입자 크기를 갖는 입도 분포를 나타낼 수 있다. 염기성 성분이 산화칼슘인 본 발명의 바람직한 실시예에서, 산화칼슘은 산화칼슘 총질량의 약 50 wt % 이상이 약 200 ㎛보다 큰 입자 크기를 갖는 입도 분포를 갖는다.

본 발명의 열 발생 집적체는, 예를 들면, 윤활제, 유동 보조제(flow aid), 바인더, 붕해제(disintegrant), 가용화제(solubilizer) 및 계면활성제와 같은 다른 성분들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 열 발생 집적체는 집적체 100 pbw 기준으로, 약 80 pbw 내지 약 99 pbw, 전형적으로는 약 85 pbw 내지 약 98 pbw의 산성 성분, 염기성 성분 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 약 1 pbw 내지 약 20 pbw, 전형적으로는 약 2 pbw 내지 약 15 pbw의 다른 성분을 포함한다.

여기서 말하는 "윤활제"란, 본 발명의 조성물과 상기 조성물을 콤팩팅하거나 다른 처리를 하여 압축된 형태로 만드는 데 사용하는 장치의 표면 사이의 마찰을 감소시키는 물질을 의미한다. 적합한 윤활제로는, 예를 들면, 스테아르산 또는 지방산의 혼합물, 수소첨가 식물성 기름, 지방산의 트리글리세라이드, 스테아르산 아연과 스테아르산 마그네슘과 같은 금속 스테아르산염, 또는 지방산 혼합물의 금속염, 소듐 라우릴 설페이트, 폴리에틸렌 글리콜과 탈크, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 일 실시예에서, 본 발명의 조성물 중 윤활제 성분은 스테아르산 마그네슘을 포함한다. 윤활제가 사용될 경우, 열 발생 집적체에 포함되는 윤활제의 양은, 집적체 100 pbw를 기준으로, 바람직하게는 약 0.1 pbw 내지 약 5 pbw, 전형적으로는 약 0.5 pbw 내지 약 3 pbw, 보다 전형적으로는 약 1 pbw 내지 약 2 pbw이다.

본 발명의 열 발생 집적체는 또한 유동 보조제를 함유할 수 있다. 유동 보조제는 입자상 성분들의 혼합물이 콤팩팅되거나 그 밖의 방식으로 처리되어 집적체를 형성할 때까지 자유 유동(free-flowing) 상태를 유지하는 것이 필요할 경우에 집적체에 포함시킬 수 있다. 자유 유동 혼합물은 집괴화되기 쉬운 혼합물 또는 몰딩 이전에 유동에 대해 저항성인 혼합물보다 더 용이하게 이송될 수 있고 정제 프레스의 몰드 캐비티에 더 용이하게 충전될 수 있다. 여기서 말하는 "유동 보조제"는 콤팩션 전에 입자상 성분의 혼합물이 집괴화를 방지함으로써 혼합물의 유동성을 유지시키는 물질을 의미한다. 적합한 유동 보조제로는, 예를 들면, 실리카, 탈크, 및 트리칼슘 포스페이트가 포함된다. 바람직한 실시예에서, 본 발명의 조성물 중 유동 보조제 성분은 침전 실리카, 용융 실리카 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 유동 보조제를 사용할 경우, 유동 보조제는 일반적으로, 집적체 100 pbw 기준으로, 약 0.1 pbw 내지 약 5 pbw, 전형적으로는 약 0.2 pbw 내지 약 2 pbw, 더욱 전형적으로는 약 0.3 pbw 내지 약 1 pbw의 양으로 사용될 수 있다.

본 발명의 열 발생 집적체는 바인더, 붕해제, 가용화제 및 계면활성제와 같은 다른 성분을 추가로 포함할 수 있다. 여기서 말하는 "바인더"란 산성 성분과 염기성 성분의 혼합물의 입자들을 고체 응집체로 콤팩팅할 수 있게 하는 임의의 물질을 의미한다. 적합한 바인더 성분으로는, 예를 들면, 왁스, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 하이드록시에틸 셀룰로오스와 같은 하이드록시알킬 셀룰로오스 유도체, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 일부 응용에 있어서는 집적체 구조 내에 소수성 영역(hydrophobic domain)을 도입하는 역할도 하는 소수성 바인더를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 소수성 바인더로는, 예를 들면, 파라핀, 카르누바 왁스 및 마이크로결정질 왁스가 포함된다. 바람직한 실시예에서, 바인더 성분은 카르누바 왁스를 포함한다. 열 발생 집적체에 바인더를 포함할 경우, 바인더는 일반적으로, 집적체 100 pbw 기준으로, 약 0.5 pbw 내지 약 10 pbw, 보다 전형적으로는 약 3 pbw 내지 약 7 pbw의 양으로 사용될 수 있다.

붕해제는 수성 매질 중에서 본 발명의 조성물의 압축된 형태의 붕해 및 용해를 촉진하는 역할을 한다. 여기서 말하는 "붕해제"는 물에는 실질적으로 불용성이지만 수중에서 팽창될 수 있는 물질을 의미한다. 적합한 붕해제로는, 예를 들면, 소듐 카르복실메틸 스타치, 마이크로결정질 셀룰로오스, 콩 단백질, 알긴산, 가교결합 포비돈으로도 알려진 가교결합 폴리비닐피롤리돈, 크로스카르멜로스 소 듐(crosscarmellose sodium)으로도 알려진 가교결합 소듐 카르복시메틸셀룰로오스, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 실시예에서, 본 발명의 조성물에 결합시키는 것이 유리할 수 있는 붕해제는 크로스카르멜로스 소듐을 포함한다. 열 발생 집적체에 붕해제를 포함할 경우, 붕해제는 일반적으로, 집적체 100 pbw 기준으로, 약 1 pbw 내지 약 8 pbw, 전형적으로는 약 2 pbw 내지 약 5 pbw의 양으로 사용된다.

여기서 말하는 "가용화제"는 본 발명의 조성물의 압축된 형태가 물에 용해되는 속도를 증가시키는 수용성 성분을 의미한다. 적합한 가용화제로는, 예를 들면, 말토덱스트린과 같은 폴리사카라이드, 소르비톨 및 락토오스가 포함된다. 열 발생 집적체에 가용화제를 포함시키는 본 발명의 실시예에서, 가용화제는 일반적으로, 집적체 100 pbw 기준으로, 약 1 pbw 내지 약 5 pbw의 양으로 사용된다.

열 발생 집적체는 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 계면활성제로는, 폴리알콕시화 알코올과 같은 비이온성 계면활성제, 이미다졸린과 같은 양이온성 계면활성제, 디알킬 4차 화합물, 알콕시화 지방산 아민, 지방족, 방향족 지방산 아민, 지방족 지방산 아미드, 및 4차 암모늄 유도체, 알킬 벤젠 설포네이트의 염과 같은 음이온성 계면활성제, 알킬 설페이트, 알킬 에테르 설페이트, 알크아릴 에테르 설페이트, 디알킬 설포숙시네이트, 폴리알콕시화 알코올 설페이트, 에테르 포스페이트, 암포카르복시글리시네이트와 암포카르복시프로피오네이트의 알칼리염, 알킬 암포디프로피오네이트, 알킬 암포디아세테이트 및 알킬 암포프로필 설포네이트와 같은 양쪽성 계면활성제가 포함된다. 계면활성제를 포함하는 본 발명의 실시 예에서, 계면활성제는 일반적으로, 집적체 100 pbw 기준으로, 약 0.5 pbw 내지 약 5 pbw의 양으로 사용된다.

열 발생 집적체는 사용상 편의 또는 특별한 응용을 위해 소망되는 형상 또는 형태로 만들어질 수 있다. 예로서, 일 실시예에서, 본 발명의 집적체는 덩어리진 입자당 0.05 g보다 큰 질량, 전형적으로는 약 0.05 g 내지 약 2 g, 더욱 전형적으로는 약 0.1 g 내지 약 1 g, 보다 더 전형적으로는 약 0.3 g 내지 약 0.6 g의 질량을 갖는 입자상 집적체의 형태로 제공된다. 이와는 달리, 열 발생 집적체는 정제 형태로 제공될 수 있다. 정제는 직경이 약 0.1 인치 내지 약 1 인치, 전형적으로는 약 0.25 인치 내지 약 0.6 인치이고, 높이가 약 0.01 인치 내지 약 0.5 인치, 전형적으로는 약 0.0625 인치 내지 약 0.25 인치인 대체로 진원 실린더의 형상일 수 있다. 본 발명은 이에 관하여 제한되지 않으며, 상기 열 발생 집적체가 브리켓, 타일, 펠릿, 비드, 구체 또는 과립을 포함하는 임의의 원하는 형상으로 형성될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.

또한, 열 발생 집적체의 전체적 형상 및/또는 형태에 대해, 예를 들면 물에 접촉시킴으로써 열을 발생하기 이전에 조절 및/또는 변형을 행할 수도 있다. 따라서, 예를 들면, 정제, 브리켓, 타일, 펠릿, 비드, 구체 또는 과립으로 성형된 열 발생 집적체를 사용 전에 "파괴"(전체적으로 또는 부분적으로)시킴으로써 수화 및/또는 반응에 이용될 수 있는 표면적을 증가시킬 수 있다. 상기 열 발생 부재를 파괴 시, 기반을 이룬 성분들(예컨대, 산성 및 염기성 성분)의 입도 분포가 그러한 열 발생 처리 또는 본 발명의 실시예에 따른 처리에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 것이 바람직하다.

열 발생 집적체를 특별한 형상으로 형성할 때, 일부 응용분야에 있어서는 형성된 집적체가 특정한 물리적 특징을 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 일부 응용분야에 있어서 중요한 두 가지 물리적 파라미터는 형성된 집적체의 파쇄 강도와 파쇄성(friability)이다. 여기서 말하는 파쇄 강도는ASTM D4179-88a에 따라 측정되며, 2개의 강철 모루 사이에서 집적체를 파쇄하는 데 필요한 힘을 측정한다. 몇몇 실시예에서, 형성된 본 발명의 열 발생 조성물은 0.5 kilopond("kp") 이상의 축방향 파쇄 강도, 전형적으로는 약 1 kp 내지 약 10 kp, 더욱 전형적으로는 약 2 kp 내지 약 8 kp의 축방향 파쇄 강도를 나타낸다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 열 발생 조성물의 축방향 파쇄 강도는, 예를 들면, 약 35 kp에 달할 만큼 클 수도 있다.

본 발명에 따른 열 발생 집적체의 제조에 실행되는 처리는 적어도 부분적으로는 필요한 축방향 파쇄 강도에 의해 인도될 수 있다. 축방향 파쇄 강도는 일반적으로, 개시된 열 발생 조성물의 열 발생 속도와 상관 관계가 있다. 일반적으로, 열 발생 조성물의 축방향 파쇄 강도가 클수록, 열 발생 속도는 느려진다(다른 모든 변수를 일정한 상태에서). 또한, 축방향 파쇄 강도 범위의 낮은 쪽 단부에서는 파쇄성 문제가 제기될 수 있다. 그러므로, 축방향 파쇄 강도의 값이 낮을 때에는, 패키징되지 않거나 안정화되지 않은 환경에서의 하류 처리 및/또는 열 발생 조성물의 수송을 제한하는 것이 바람직하거나 필요할 수 있다. 예를 들어, 열 발생 조성물이 처리 직후에 포장되는 경우, 파쇄 강도 값이 개시된 범위의 낮은 쪽 단부에 있으면 파쇄성 문제는 무시될 수 있을 것이다.

여기서 말하는 파쇄성은 미국 약전 1216 Tablet Friability test(USP 25)에 따라 측정되며 마손율(attrition rate)로 표현된다. 몇몇 실시예에서, 형성된 본 발명의 열 발생 집적체는 8% 미만, 전형적으로는 약 4% 미만의 마손율을 나타낸다. 보다 전형적으로, 본 발명의 집적체는 실질적으로 비파쇄성(non-friable)이며, 3% 미만의 마손율을 나타낸다.

본 발명의 열 발생 집적체는 당업자에게 알려져 있는 임의의 집괴화 기술을 이용하여 제조될 수 있으며, 이러한 기술로는 유동층 건조 및 고전단 혼합과 같은 교반 집괴화 기술, 압축과 같은 압력 집괴화 기술, 분무 건조와 같은 분무 집괴화 기술, 및 소결과 같은 열 방식 집괴화 기술 등이 포함된다.

바람직한 실시예에서, 집적체의 성분을 이루는 입자들을 원하는 형상으로 압축함으로써 열 발생 집적체를 원하는 형상으로 성형한다. 사용하는 산성 성분(들) 및 염기성 성분(들)에 따라, 다른 성분을 첨가하지 않고 산성 성분과 염기성 성분의 입자 또는 이들의 혼합물을 원하는 형태 또는 형상으로 직접 압축할 수 있다. 이와는 달리, 재료를 압축하여 원하는 형상으로 만들기 이전 및/또는 만드는 동안에 바인더, 유동 보조제, 윤활제 또는 기타 재료를 첨가할 수 있다.

여기서 사용하는 "직접 압축하다"라는 표현은 제약 산업에서 정제를 만드는 데 사용하는 "직접 압축" 방법을 의미한다. 직접 압축 방법에 있어서, 정제화에 필요한 모든 성분을 자유 유동 조성물에 결합시킨다. 직접 압축 가능한 조성물은 정제로 만들기 위해 전처리 또는 부가적 보조제와의 블렌딩을 필요로 하지 않는다. 자유 유동 입자상 조성물은 정제화 프레스의 몰드 캐비티에 직접 장입될 수 있다. 직접 압축 가능한 열 발생 집적체의 성분들은 입자상 형태로 조합되어, 집적체를 형성하기 위해 혼합물을 압축하는 장치에 장입할 직접 압축 가능한 입자 혼합물을 형성하도록 혼합된다.

일 실시예에서, 직접 압축 가능한 입자상 열 발생 조성물은,

약 40 pbw 내지 약 60 pbw의 산성 성분,

약 30 pbw 내지 약 50 pbw의 염기성 성분,

약 0.5 pbw 내지 약 10 pbw의 바인더,

약 0.1 pbw 내지 약 5 pbw의 윤활제, 및

약 0.1 pbw 내지 약 5 pbw의 유동화제

를 포함한다.

열 발생 집적체는 입자상 열 발생 조성물을 약 0.1 ton 내지 약 1.5 ton의 압축력, 보다 전형적으로는 약 0.5 ton 내지 약 1.0 ton의 압축력으로 압축함으로써, 예를 들면 정제와 같은 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 압축력을 2롤형 밀에서 인가하여 압축된 열 발생 조성물의 스틱(stick) 또는 시트를 제조한 다음 원하는 크기의 집적체를 제조하기 위해 브리켓화하거나 과립화한다.

본 발명의 열 발생 집적체는 물에 접촉시킴으로써 열을 발생시키는 데 사용된다. 상기 열 발생 집적체는 원하는 수준의 열이 발생되도록 산성 성분과 염기성 성분이 충분히 수화 반응을 진행하기에 충분한 양의 물과 접촉시켜야 한다. 식품 과 같은 제2의 재료를 가열하는 데 사용할 수 있는 뜨거운 물 또는 스팀을 제조하고자 하는 경우에는 추가의 물을 제공할 수 있다. 필요한 물의 양은 사용하는 산성 및 염기성 성분, 그리고 필요로 하는 온수 또는 스팀의 양에 의존한다. 전형적으로, 본 발명의 열 발생 집적체는, 집적체 100 g당 약 30 g 이상의 물, 보다 전형적으로는 약 60 g 내지 약 100 g의 물과 접촉시켜야 한다.

일 실시예에서, 본 발명의 열 발생 집적체는, 밀폐된 단열식 열량계에서 측정한 값으로서, 집적체 100 g당 120 kJ을 넘는 총 발열량, 전형적으로는 약 140 kJ 내지 약 240 kJ, 보다 전형적으로는 약 160 kJ 내지 약 200 kJ의 총 발열량을 나타낸다. 일 실시예에서, 본 발명의 열 발생 집적체는, 반응 시간의 함수로서 발열량을 측정하여 판정한 값으로서, 집적체 100 g당 약 15∼약 15,000 와트(W), 전형적으로는 약 200∼약 4,000 W의 발열 속도를 나타내고, 집적체를 물에 접촉시킨 후 약 5분 이내에 생성하는 누적 열량이 집적체 100 g당 약 120 kJ보다 많고, 보다 전형적으로는 집적체 100 g당 140 kJ보다 많다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 열 발생 집적체는 오산화인과 산화칼슘으로 이루어지고, 상기 두 성분의 입자 크기는 규정된 범위 내로 조절되어 있다. 상기 성분들의 입자 크기가 지나치게 작으면, 오산화인과 산화칼슘을 함유한 열 발생 집적체는 소량의 물이 존재하더라도 급격하고 제어되지 않는 반응을 일으킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 제어되지 않는 반응은 매우 짧은 시간에 대량의 열을 발생시킬 수 있으므로, 바람직하지 않으며 위험할 수 있다. 산성 및 염기성 성분을 포함하는 열 발생 조성물에 물을 접촉시킬 경우, 급격하고 제어되지 않는 반응이 개시될 수 있는 잠재성은 오산화인과 수산화칼슘으로 된 예시적 시스템을 초월하여 확대된다. 사실상, 급격하고 제어되지 않는 반응에 대한 잠재성은 본 발명에 따른 열 발생 집적체를 형성하는 데 사용할 수 있는 잠재적 산성/염기성 성분의 전체 범위를 내포한다.

예컨대, 열 발생 집적체용 산화칼슘의 소스 중 하나는 로터리 킬른 미분화(rotary kiln pulverized; RKP) 석회이다. RKP 석회는 전형적으로 미세 분말로서 제공되며, 산화칼슘의 거의 대부분은 106 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는다. 오산화인은 전형적으로 입자의 95%가 45∼75 ㎛의 입자 크기를 갖는 입자로서 제공된다. 이들 두 물질이 25% 내지 75% 범위의 RKP 석회의 임의 비율로 혼합되고 나머지는 오산화인일 때, 최소량의 물을 첨가해도 제어되지 않는 반응이 개시될 수 있다. 극단적인 경우, 공기 중에 포함된 수분조차 제어되지 않는 반응을 충분히 촉발시킬 수 있다.

집적체 내의 P₂O₅ 함량을 산화칼슘에 비해 20% 미만으로 유지할 경우에는 제어되지 않는 반응을 피할 수 있다. 그러나, 이것은 집적체에 있어서 상대적으로 낮은 열 방출을 초래하며, 성분들을 혼합하는 과정에서 일어날 수 있는 문제는 어느 것이든 제어되지 않는 반응이 일어날 수 있는, P₂O₅ 함량이 상대적으로 높은 국소 영역을 형성할 수 있다.

본 발명자들은 CaO 성분의 입자 크기를 증대시킴으로써 P₂O₅와 CaO 사이의 제어되지 않는 반응을 방지할 수 있음을 발견했다. 더 큰 CaO 입자 크기가 제어되 지 않는 반응의 전파 경로를 차단한다. P₂O₅와 CaO 사이의 제어되지 않는 반응을 방지하기 위해서는, 약 50% 이상의 CaO, 바람직하게는 약 60% 이상의 CaO가 200 ㎛ 이상의 입자 크기를 가져야 한다. 바람직한 실시예에서, CaO는 하기 표에 나타낸 바와 같은 입도 분포를 갖는다:

산화칼슘의 입자 크기
US 메쉬	미통과 %
16	30.6
20	25.1
30	18.2
40	11.2
70	10.8
100	0.3
200	2.7
Pan	1.1
합계	100.0

상기와 같은 입도 분포를 갖는 CaO를 사용하여, 소량의 물이 존재하는 상태에서 제어되지 않는 반응을 일으키지 않는 열 발생 집적체를 제조할 수 있다. 이에 따라 P₂O₅와 CaO는 재료 1 그램당 높은 열량과 허용 가능한 범위의 pH를 갖는 산물을 생성하는 상대적 양으로 열 발생 집적체에 존재할 수 있게 된다. 바람직한 실시예에서, 열 발생 집적체는 약 40 중량% 내지 65 중량%의 오산화인 및 약 35 중량% 내지 55 중량%의 산화칼슘을 함유한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 열 발생 집적체는 약 45 중량% 내지 55 중량%의 오산화인 및 약 40 중량% 내지 50 중량%의 산화칼슘을 함유한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 열 발생 조성물의 산성 성분(들)의 입도 분포와 염기성 성분(들)의 입도 분포의 관계는 열 발생을 제어된 방식으로 달성하는 것 을 보장하는 데 있어서 중요하다. 본 발명에 따르면, 상기 입자 크기의 관계는 비율로 표현할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따르면, 열 발생 조성물 중 염기성 성분(예컨대, 산화칼슘)의 50% 이상의 입자 크기는 산성 성분(예컨대, 오산화인)의 95%의 입자 크기의 약 2배 내지 10배이다. 본 발명의 개시를 위해, 상기 관계를 "산에 대한 염기의 입자 크기비"라 지칭한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 산에 대한 염기의 입자 크기비는 약 2.0 내지 5.0이고, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서 산에 대한 염기의 입자 크기비는 약 2.5 내지 4.0이다.

열 발생 집적체는 또한 집적체를 형성하도록 입자를 결합시키는 바인더 물질을 포함할 수 있다. 당업자에게 공지되어 있는 임의의 적절한 바인더 물질을 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 바인더 물질로서 카르누바 왁스가 사용된다. 열 발생 집적체는 약 3 중량% 내지 약 15 중량%의 카르누바 왁스를 포함할 수 있다.

집괴화 공정을 보조하도록 이형제(releasing agent)를 열 발생 집적체에 포함시킬 수도 있다. 당업자에게 공지되어 있는 임의의 적절한 이형제를 집적체에 포함시킬 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이형제로서 스테아르산 마그네슘이 사용된다. 열 발생 집적체는 약 2 중량% 이하의 이형제를 함유할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 열 발생 집적체는 약 53.25 중량%의 오산화인, 약 41.25 중량%의 산화칼슘, 약 4.5 중량%의 카르누바 왁스 및 약 1 중량%의 스테아르산 마그네슘을 포함한다.

본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 열 발생 집적체는 정제, 타일, 브리켓 등과 같은 여러 가지 형태로 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 열 발생 집적체는 정제 형태로 제공된다. 집적체를 압착하여 임의의 원하는 크기와 형상의 정제로 만들기 위해 정제 프레스를 이용할 수 있다. 예를 들면, 집적체의 정제는 13/32 인치 다이를 구비한 Stroke 551 테이블 프레스를 이용하여 형성될 수 있다. 정제 강도는 일반적으로 약 2∼35 kilopond 범위 내이고, 바람직하게는 약 6∼14 kilopond, 보다 바람직하게는 약 9∼10 kilopond 범위 내이다.

본 발명의 무화염 히터 및 자체 가열 패키징 시스템의 용기 부재로 사용하기에 적합한 용기는 물, 즉 액체 상태의 물과 수증기에 대해 실질적으로 불투과성인 임의의 재료, 사용 조건 하에서 열 발생 집적체의 성분들과 반응하지 않으며, 사용 조건 하에서 일체성을 유지하기에 충분한 내열성을 가진 임의의 재료로 만들어질 수 있다.

본 발명의 자체 가열 패키징 시스템의 재료 용기로 사용하기에 적합한 재료 용기는 그 용기에 수용할 재료와 상용성이 있고, 사용 조건 하에서 일체성을 유지하기에 충분한 내열성을 가진 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 재료 용기가 열 발생 집적체와 접촉하게 되는 실시예에 있어서, 재료 용기는 물/수증기에 대해 실질적으로 불투과성이고, 사용 조건 하에서 열 발생 집적체의 성분과 반응하지 않는 재료로 만들어져야 한다.

용기와 재료 용기를 구성하는 데 사용하기에 적합한 재료는, 예를 들면, 성형품, 폴리머 필름, 금속박 또는 금속화(metallized) 폴리머 필름의 형태로 되어 있는 금속, 및 폴리에틸렌, 폴리설폰 및 폴리이미드와 같은 유기 폴리머이다.

본 발명의 무화염 히터의 실시예가 도 1 및 도 2에 제시되어 있다. 무화염 히터(2)는 3개의 에지(10, 12, 14)를 따라 용융되어 있고 하나의 에지(16)를 따라 개방되어 있는 2개의 시트(6, 8) 및 엔빌로프(envelope)(4) 내부에 설치된 열 발생 집적체(18)로 이루어지는 가요성 엔빌로프(4)를 포함한다. 상기 시트(6, 8)는, 예를 들면, 폴리머 필름, 금속박 또는 금속화 폴리머 필름을 포함한다. 이어서, 히터(2)를 작동시키기 위해 전형적으로 선택되고 측정된 양의 물 및/또는 수증기가 엔빌로프(4)에 도입된다.

일 실시예에서, 열 발생 집적체는 엔빌로프(4) 내에 포장되고, 열 발생 집적체룔 위한 폐쇄된 내수성 용기를 제공하기 위해 에지(16)는 밀봉되고, 무화염 히터(2)를 작동시키기 위해 엔빌로프는 예를 들면 에지(16)를 따라 개방되고, 그런 다음 물/수증기가 엔빌로프(4)에 도입된다.

또 다른 실시예에서, 열 발생 집적체는 엔빌로프(4)가 아닌 내습형 용기에 포장된다. 적합한 내습형 용기로는, 예를 들면, 밀봉 금속박 또는 폴리머 패킷(packet)이 포함된다. 무화염 히터(2)를 작동시키기 위해서는, 내습형 용기를 개봉하고, 열 발생 집적체를 가요성 엔빌로프(4)에 넣은 다음, 가요성 엔빌로프(4)에 물/수증기를 도입한다.

본 발명의 자체가열 패키지의 일 실시예를 도 3에 나타낸다. 자체가열 패키지(30)는 재료 용기(32)와 무화염 히터(2)로 구성된다. 재료 용기(32)는 예를 들면 폴리머 필름, 금속박 또는 금속화 폴리머 필름으로 만들어지고 식품 재료를 수용하는 대체로 직사각형인 밀봉된 엔빌로프로 이루어진다. 물/수증기는 히터(2)를 작동시키기 위해 엔빌로프(4)에 도입된다. 재료 용기(32)는 엔빌로프(4) 내부에 설치되고(또는 접촉되어 있고), 히터(2)에 의해 발생된 에너지는 재료 용기(32) 및 그 내용물을 가열하는 데 이용된다.

본 발명의 무화염 히터의 또 다른 실시예를 도 4에 나타낸다. 무화염 히터(40)는 가요성 벽(44)을 가진 대체로 원통형인 용기(42)를 포함하고, 제1 격실(46)과 제2 격실(48)을 둘러싸고, 상기 격실들(46, 48)은 막(50)에 의해 분리되어 있다. 가요성 벽(44)의 내측 상에 플런저(52)가 장착되어 있다. 열 발생 집적체(54)는 제1 격실(46)에 배치되고 물은 제2 격실(48)에 배치된다. 히터(40)는 플런저(52)가 변위되도록 가요성 벽(44)을 눌러 막(50)에 구멍을 뚫고 물이 열 발생 집적체(54)와 혼합될 수 있게 함으로써 작동된다.

일 실시예에서, 본 발명의 열 발생 집적체를 이용함으로써 생성된 잔사가 나타내는 pH는 약 2∼약 12, 전형적으로는 약 3∼약 9, 더욱 전형적으로는 약 3.5∼5.5이다.

실시예

본 실시예에서, 정제 형태로 된 열 발생 집적체를 만들고 하기와 같이 테스트했다.

본 실시예의 열 발생 집적체는 다음과 같은 성분들로 이루어졌다(혼합물 100 pbw 기준): (1) 오산화인(P₂O₅) 54 pbw, (2) 산화칼슘(CaO) 38 pbw, (3) 바인더로서 카르누바 왁스 4.5 pbw, (4) 윤활제로서 스테아르산 마그네슘 1 pbw, (5) 유동 보 조제로서 실리카(TIXOSIL 43) 0.5 pbw, 및 (6) 붕해제로서 크로스카르멜로스 소듐(Ac-di-sol) 2.0 pbw. 상기 성분들을 조합하여 Porta-shell 이중 콘 믹서에서 8분간 혼합함으로써 입자의 자유 유동형 혼합물을 얻었다.

LS 130 입자경 분석기(Coulter)를 사용하는 레이저 회절법으로 측정한 P₂O₅의 입도 분포는, 평균 56.84 ㎛, 중앙값 61.30 ㎛ 및 모드(mode) 88.29 ㎛를 나타냈으며, 입자의 90%는 91.40 ㎛ 미만의 입자경, 입자의 75%는 52.47 ㎛ 미만의 입자경, 입자의 50%는 61.30 ㎛ 미만의 입자경, 입자의 25%는 31.86 ㎛ 미만의 입자경, 입자의 10%는 15.43 ㎛ 미만의 입자경을 가졌다.

CaO는 하기와 같은 입도 분포를 가진 로터리 킬른 미분된 CaO였으며, 하기 입도 분포는 메쉬 사이즈가 상이한 일련의 스크린 각각에 통과되지 않고 남겨진 CaO의 중량%를 나타낸다:

US 메쉬 사이즈/㎛	미통과 중량%
120/125	0
140/106	54.4
170/90	9.6
200/75	8.2
230/63	9.1
325/45	14.6
Pan	4.1

Stokes 정제 프레스를 사용하여 상기 혼합물을 압착시켜 정제(직경 13/32 인치, 1정당 약 0.3 g)로 만들었다. Schleuniger 2E 경도 테스터를 사용하여 ASTM D4179에 따라 측정했을 때 상기 정제는 4.75 kp의 파쇄 강도를 나타냈다. 상기 정제는 3%의 파쇄성을 나타냈다. 파쇄성은 미국 약전 25의 섹션 1216에 기재된 방법 에 따라, 20개의 정제를 Vanderkamp Model 10805 파쇄성 테스터 내에서 4분간 굴려(tumbling) 측정했다. 테스터 내에서 굴리기 전후의 정제 무게를 달았고, 파쇄성은 %파쇄성으로 표현하며, 여기서 %파쇄성 = (1-(굴린 후 정제의 중량/굴리기 전 정제의 중량))이다.

상기 정제의 발열량을 측정했다. 온도 및 압력 기록계가 장착된 단열형 밀폐 용기에 정제(30.6 g)를 넣었다. 상기 용기에 물(18.2 g)을 도입했다. 최고 온도 301℃ 및 최대 압력 1232 psia(절대압)가 기록되었다. 정제의 총 발열량은 열 밸런스 계산에 의해 51.5 kJ(정제 1 g당 1.68 kJ)인 것으로 판정되었다. 정제의 잔사는 pH 3.5를 나타냈다.

도 3에 도시한 형태의 자체가열 패키지에서 정제를 테스트했다. 길이 205mm×폭 120mm×높이 12mm이고 식품 8 온스가 담겨 있는 밀봉된 직사각형 삼중적층 파우치에 2개의 열전대를, 식품의 폭과 높이에 따라 중앙, 및 길이 방향으로 반대 단부에 장착했다. 식품 용기와 집적체(45 g)를 길이 480mm, 폭 155mm인 삼중적층 폴리프로필렌 엔빌로프 내에 배치했다. 그런 다음 엔빌로프에 물(27 g)을 도입했다. 물을 엔빌로프에 도입한 후 14분 동안 식품 용기 내부의 온도를 열전대로 측정하고 매초 데이터 기록장치로 기록했다. 그 결과를 하기 표 1에 종합한다. 12분 시점에서, 식품의 평균 온도는 67℃(121℉)로 상승한 것으로 밝혀졌다.

[표 1]

실시예 2

실시예 2의 열 발생 정제는 CaO가 아래 표와 같은 입도 분포를 나타낸 것 이외에는 실시예 1의 경우와 동일하며, 하기 입도 분포는 메쉬 사이즈가 상이한 일련의 분급 스크린 상에 통과되지 않고 남겨진 CaO의 퍼센트로 표현된 것이다:

US 메쉬 사이즈/㎛	미통과 중량%
16/1180	2.7
20/850	14.3
30/600	16.2
40/425	13.8
70/212	18.9
100/150	6.9
200/75	8.8
Pan	18.4

본 실시예의 열 발생 집적체는 다음과 같은 성분으로 이루어졌다(혼합물 100 pbw 기준): (1) 오산화인(P₂O₅) 53 pbw, (2) 산화칼슘(CaO) 41 pbw, (3) 바인더로서 카르누바 왁스 4.5 pbw, (4) 윤활제로서 스테아르산 마그네슘 1 pbw, (5) 유동 보조제로서 실리카(TIXOSIL 43) 0.5 pbw, 및 (6) 붕해제로서 크로스카르멜로스 소듐(Ac-di-sol) 2.0 pbw. 실시예 1에 기재된 것과 동일한 방법으로 상기 성분들을 조합하여 혼합하고 압축하여 정제로 만들었다. 얻어진 정제는 실시예 1에 기재된 바와 같이 측정했을 때 4.8 kp의 파쇄 강도 및 3%의 파쇄성을 나타냈다.

상기 정제의 발열량을 측정했다. 온도 및 압력 기록계가 장착된 단열형 밀폐 용기에 정제(31.35 g)를 넣었다. 상기 용기에 물(22.3 g)을 도입했다. 최고 온도 281℃ 및 최대 압력 915 psia가 기록되었다. 정제의 총 발열량은 열 밸런스 계산에 의해 50.5 kJ(정제 1 g당 1.61 kJ)인 것으로 판정되었다. 정제의 잔사는 pH 3을 나타냈다.

도 3에 도시한 형태의 자체가열 패키지에서 정제를 테스트했다. 길이 205mm×폭 120mm×높이 12mm이고 9 온스의 물이 담겨 있는 밀봉된 직사각형 삼중적층 파우치에 2개의 열전대를, 식품 중앙에 장착했다. 식품 용기와 집적체(55 g)를 길이 480mm, 폭 155mm인 삼중적층 폴리프로필렌 엔빌로프 내에 배치했다. 그런 다음 엔빌로프에 물(44 g)을 도입했다. 물을 엔빌로프에 도입한 후 12분 동안, 식품 용기 내부의 온도를 열전대로 측정하고 매초 데이터 기록장치로 기록했다. 그 결과를 하기 표 2에 종합한다. 6분 시점에서, 물의 온도는 55℃(99℉)로 상승한 것으로 밝혀졌다. 9분 시점에서, 물의 온도는 56℃(101℉)로 상승한 것으로 밝혀졌다.

[표 2]

본 명세서의 교시에 기초하여 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 첨부하는 청구의 범위에 정의된 범위를 벗어나지 않고 이상과 같이 기재된 본 발명에 대해 여러 가지 변화 및 변형을 행할 수 있을 것이다. 따라서, 바람직한 실시예의 상세한 설명은 한정적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 간주해야 한다.

Claims

(a) 산성 무수물;

(b) 염기성 무수물; 및

(c) 왁스 바인더 물질

을 포함하는 열 발생 집적체(heat-producing agglomerate).
제1항에 있어서,

상기 산성 무수물이 오산화인이고, 상기 염기성 무수물이 산화칼슘인 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제2항에 있어서,

상기 왁스 바인더 물질이 카르누바 왁스(carnuba wax)인 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제3항에 있어서,

스테아르산 마그네슘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제1항에 있어서,

상기 산성 무수물은, 오산화인, 무수 염화알루미늄, 폴리인산, B₂O₃, BO, 무수 아세트산, 무수 프로피온산, 무수 이소부티르산, 무수 발레르산, 무수 말론산, 무수 아디프산, 및 무수 프탈산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제5항에 있어서,

상기 염기성 무수물이, 산화칼슘, 산화리튬, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화루비듐, 산화세슘, 산화마그네슘, 산화스트론튬 및 산화바륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제6항에 있어서,

상기 왁스 바인더가, 파라핀, 카르누바 왁스, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제7항에 있어서,

상기 집적체가, 약 1 중량부 내지 약 99 중량부의 산성 성분, 약 1 중량부 내지 약 99 중량부의 염기성 성분, 및 약 0.5 중량부 내지 10 중량부의 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제8항에 있어서,

상기 집적체가, 스테아르산, 수소첨가 식물성 기름, 스테아르산 아연, 스테아르산 마그네슘, 소듐 라우릴 설페이트, 폴리에틸렌 글리콜, 탈크, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 윤활제를 약 0.1 중량부 내지 약 5 중량부 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
제1항에 있어서,

상기 염기성 무수물의 50% 이상의 입자 크기가 상기 산성 무수물의 95%의 입자 크기의 약 2배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체.
약 40∼65 중량부의 오산화인, 약 35∼55 중량부의 산화칼슘, 및 약 3∼15 중량부의 카르누바 왁스를 포함하는 열 발생 집적체 조성물.
제11항에 있어서,

상기 오산화인의 약 95% 이상이 30∼75 ㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제12항에 있어서,

상기 산화칼슘의 60% 이상이 200 ㎛보다 큰 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제13항에 있어서,

약 2 중량부 이하의 스테아르산 마그네슘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제13항에 있어서,

상기 집적체가 정제(tablet) 형태로 압축된 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제15항에 있어서,

상기 정제가 약 2 kilopond 내지 약 35 kilopond의 파쇄 강도(crush strength)를 갖는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제16항에 있어서,

상기 정제가 약 3% 미만의 파쇄성(friability)을 가진 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제13항에 있어서,

상기 집적체가 벽돌, 펠릿, 비드, 구체, 정제 또는 과립 형상으로 성형된 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제13항에 있어서,

윤활제, 유동 보조제, 붕해제(disintegrant), 가용화제(solubilizer), 또는 계면활성제 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제19항에 있어서,

상기 윤활제가, 스테아르산, 지방산의 혼합물, 수소첨가 식물성 기름, 지방산의 트리글리세라이드, 금속 스테아르산염, 스테아르산 아연, 스테아르산 마그네슘, 지방산 혼합물의 금속염, 소듐 라우릴 설페이트, 폴리에틸렌 글리콜, 탈크, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제19항에 있어서,

상기 유동 보조제가, 실리카, 탈크, 트리칼슘 포스페이트, 침전 실리카, 용융 실리카, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제19항에 있어서,

상기 붕해제가, 소듐 카르복실메틸 스타치, 마이크로결정질 셀룰로오스, 콩 단백질, 알긴산, 가교결합 폴리비닐피롤리돈, 가교결합 소듐 카르복시메틸셀룰로오스, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제19항에 있어서,

상기 가용화제가, 폴리사카라이드, 말토덱스트린, 소르비톨, 및 락토오스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
제14항에 있어서,

상기 집적체가, 약 53.25 중량부의 오산화인, 약 41.25 중량부의 산화칼슘, 약 1 중량부의 스테아르산 마그네슘, 및 약 4.5 중량부의 카르누바 왁스를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 발생 집적체 조성물.
(a) 가열할 식품 또는 액체를 용기 내에서, 오산화인, 산화칼슘 및 카르누바 왁스를 포함하는 열 발생 집적체 조성물에 근접한 위치에 위치시키는 단계; 및

(b) 상기 열 발생 집적체 조성물을 물에 접촉시켜 열을 발생시킴으로써 상기 식품 또는 액체를 가열하는 단계

를 포함하는 식품 또는 액체의 가열 방법.
제25항에 있어서,

상기 열 발생 집적체 조성물이, 약 40∼65 중량부의 오산화인, 약 35∼55 중량부의 산화칼슘, 및 약 3∼15 중량부의 카르누바 왁스를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 또는 액체의 가열 방법.
제26항에 있어서,

상기 오산화인의 95% 이상이 30∼75 ㎛의 입자 크기를 갖고, 상기 산화칼슘의 50% 이상이 200 ㎛보다 큰 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 식품 또는 액체의 가열 방법.
제25항에 있어서,

상기 산화칼슘의 50% 이상의 입자 크기가 상기 오산화인의 95%의 입자 크기의 약 2배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 식품 또는 액체의 가열 방법.
제14항에 기재된 열 발생 집적체 조성물 및 상기 열 발생 집적체 조성물을 수용하기 위한 용기를 포함하는 무화염 히터(flameless heater).
제29항에 있어서,

상기 용기가 폴리머 필름, 금속박 또는 금속화(metallized) 폴리머 필름으로 이루어지는 가요성 엔빌로프(envelope)인 것을 특징으로 하는 무화염 히터.
(a) 가열할 식품 또는 액체를 수용하는 재료 용기; 및

(b) 제14항에 기재된 열 발생 집적체 조성물 및 상기 열 발생 집적체 조성물을 수용하기 위한 용기를 포함하는 무화염 히터

를 포함하는 식품 또는 액체를 가열하기 위한 자체가열 패키지(self-heating package).
제31항에 있어서,

상기 재료 용기가 금속, 폴리머 필름, 금속박 또는 금속화 폴리머 필름으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자체가열 패키지.
제32항에 있어서,

상기 용기가 폴리머 필름, 금속박 또는 금속화 폴리머 필름으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자체가열 패키지.