WO2018212353A1 - 発熱組成物用鉄粉及びその製造方法、並びに該鉄粉を用いた発熱組成物及び発熱体の製造方法 - Google Patents

発熱組成物用鉄粉及びその製造方法、並びに該鉄粉を用いた発熱組成物及び発熱体の製造方法 Download PDF

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太一 本間
亮平 鈴木
貴浩 前澤
哲也 田端
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Definitions

  • the present invention relates to an iron powder for a heat generating composition and a method for producing the same, and a heat generating composition using the iron powder and a method for producing a heat generating body.
  • a heating tool in which a heating element is enclosed in a packaging material having air permeability is widely used as a disposable body warmer or the like for imparting heat to a human body.
  • a heating element generates heat using the reaction heat generated by the oxidation reaction of the iron powder contained in it, but the heat generation temperature and the sustainability of heat generation are not sufficient with only iron powder and atmospheric oxygen. Therefore, in general, the heating element contains, in addition to iron powder, a reaction aid such as sodium chloride and water, and a water retention agent such as activated carbon and a water-absorbing polymer that supports these substances.
  • a heating element is manufactured through a step of applying a heat-generating composition having such a composition, which has been thickened into an ink-like or cream-like shape, onto a film-like or sheet-like substrate. It is described.
  • the apparent density of iron powder is preferably in the range of 1.5 to 3.5 Mg / m 3 , and the lower limit of such a preferable range is 1.
  • the reason for the 5Mg / m 3 is that if the apparent density of the iron powder is lower than this, the bulk increases and the size of the warmer cannot be reduced.
  • Patent Document 3 discloses that low-density reduced iron powder having an apparent density of 0.5 to 1.5 g / cc is used for sintered parts with complex shapes that require high formability, and friction materials that are molded with low pressure. It is described as being useful for molding applications that require compressibility and moldability, such as for sintered parts. Patent Document 3 discloses that this low density reduced iron powder is produced through a process of reducing iron iron ore fine powder in a temperature range of 950 to 1150 ° C. to obtain reduced iron and pulverizing the reduced iron. Is described. In addition, what is described in patent document 3 regarding iron powder is only a molded article use, and nothing is described about the exothermic composition use.
  • iron ore is reduced in a temperature range of 750 to 1200 ° C. as a method for producing iron powder having a fibrous structure and suitable for producing friction linings such as brakes and joints used in power carriers.
  • a method for maintaining a constant concentration a method of introducing a gaseous sulfur compound from the outside and a method of adding a solid sulfur compound to iron oxide to be reduced are described.
  • Patent Document 5 as another method for producing iron powder having a fibrous structure similar to the iron powder described in Patent Document 4, fine iron oxide obtained by spray roasting from pickling waste liquid is used in an amount of 800 to 1000. In the temperature range of ° C., there is described what has a step of reducing in a carbon monoxide atmosphere containing as little sulfur dioxide as possible.
  • the present invention is an iron powder for a heat generating composition having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less.
  • the present invention is an exothermic composition containing iron powder having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, a carbon material, a halide salt and water.
  • the present invention is a heating element comprising the exothermic composition of the first invention.
  • this invention (1st invention) is use to the heat generating body of the iron powder for exothermic compositions of said 1st invention.
  • the present invention includes an iron powder for a heat generating composition having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less (iron powder for a heat generating composition of the first invention), a carbon material, and
  • This is a method for producing a heating element, in which a heat generating composition containing water and having fluidity is applied onto a base sheet to form an applied body.
  • water is removed from the said application body, and the moisture content of this application body is adjusted.
  • the present invention is a method of manufacturing a bulk density 0.3 g / cm 3 or more 1.5 g / cm 3 or less of the heat-generating composition for iron powder (iron powder heat generating composition of the first invention) is there.
  • 3rd invention introduces iron oxide and the solid reducing agent whose volatile component content is 10 mass% or more in this inside of the heating furnace made into the atmosphere or inert gas atmosphere which does not contain sulfur gas And reducing the iron oxide by reducing the iron oxide to a reduced gas atmosphere by heat-treating the internal atmosphere at a temperature of 900 ° C. to 1000 ° C., and grinding the reduced iron The process of carrying out.
  • FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a heating tool to which the present invention (first invention) can be applied.
  • FIG. 1 (a) is a plan view of the heating tool
  • FIG. 1 (b) is FIG.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a schematic cross-sectional view illustrating an enlarged heating element in the heating tool shown in FIG.
  • the heating tool in FIG. 1 is also an embodiment of a heating tool using iron powder for a heating composition manufactured by the manufacturing method of the present invention (third invention).
  • FIG.1 (c) is also a schematic diagram of the cross section of the heat generating body manufactured by this invention (2nd invention).
  • FIG. 1 (a) is a plan view of the heating tool
  • FIG. 1 (b) is FIG.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a schematic cross-sectional view illustrating an enlarged
  • FIG. 2 (a) is an electron micrograph (1000 times) of an example of the iron powder for exothermic composition of the present invention (first invention), and FIG. 2 (b) is an example of the conventional iron powder for exothermic composition. It is an electron micrograph (1000 times).
  • the electron micrograph of FIG. 2A is also an electron micrograph (1000 times) of an example of the iron powder for a heat generating composition produced by the production method of the present invention (third invention).
  • FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing apparatus suitably used in the present invention (second invention).
  • FIG. 4 is a schematic view showing another embodiment of the manufacturing apparatus shown in FIG.
  • Iron powder for exothermic composition is required to have excellent handling characteristics in addition to excellent exothermic characteristics. If the iron powder for the exothermic composition is excellent in handling properties, when activated carbon, water, etc. are added thereto to make the paint having fluidity that can be applied, the storage stability of the paint is excellent, and the exothermic composition Since it is difficult for inconveniences such as sedimentation of iron powder for physical use, increase in viscosity of the paint, and gelation, it is possible to efficiently produce the heating element. However, an iron powder for a heat generating composition and a heat generating composition that are compatible with each other at a high level of heat generation characteristics and handling properties have not yet been provided.
  • the first invention relates to an iron powder for a heat generating composition and a heat generating composition having excellent heat generation characteristics and handling properties.
  • the third invention relates to a method for producing an iron powder for a heat generating composition capable of efficiently producing an iron powder for a heat generating composition having excellent heat generation characteristics and handling properties.
  • the heating element when using raw materials such as iron powder for heat-generating composition with low bulk density (iron powder for heat-generating composition of the first invention), Since it becomes easy to hold
  • the coating property of the exothermic composition to the substrate is improved.
  • the oxidation reaction (exothermic reaction) caused by the contact between the iron powder for exothermic composition and air is suppressed by excessive moisture, and the amount of heat necessary for temperature rise increases with the increase in the heat capacity of the heating element.
  • the exothermic characteristics of the body will deteriorate.
  • the subject of the second invention relates to providing a method for producing a heating element containing iron powder for a heating composition having a low bulk density and excellent in heating characteristics.
  • the iron powder for exothermic composition of the first invention is used as a material for the exothermic composition.
  • the exothermic composition generates heat using heat generated by the oxidation reaction between iron powder (oxidizable metal) and oxygen in the air, and typically as a heating element in a heating tool such as a disposable body warmer. used.
  • the heating tool to which the first invention can be applied is applied directly to the human body or applied to clothing, and is suitably used for warming the human body. Examples of the application site in the human body include the shoulder, neck, face, eyes, waist, elbow, knee, thigh, lower leg, abdomen, lower abdomen, hands, and soles.
  • the heating tool to which the first invention can be applied is applied to various articles in addition to the human body, and is suitably used for heating and heat retention.
  • FIG. 1 shows a heating tool 1 which is an embodiment of a heating tool to which the first invention can be applied.
  • the heating tool 1 includes a heating element 2 and a packaging material 3 that surrounds the heating element 2.
  • the heating element 2 is a member that generates heat in the heating tool 1 and includes the heating composition 20 including the iron powder for heating composition of the first invention.
  • the packaging material 3 is a member that surrounds the entire heating element 2 and forms the outer surface of the heating tool 1, and a part or the whole of the packaging material 3 has air permeability. In the heating tool 1, the heating element 2 is in an unfixed state with respect to the packaging material 3, and therefore can move independently of the packaging material 3.
  • the packaging material 3 is provided with the 1st coating sheet 30 and the 2nd coating sheet 31, as shown in FIG.1 (b).
  • the first cover sheet 30 and the second cover sheet 31 each have an extended area extending outward from the peripheral edge of the heating element 2, and the extended areas are joined to each other. This joining is preferably an annular continuous airtight joining surrounding the heating element 2.
  • the packaging material 3 formed by joining both the covering sheets 30 and 31 has a space for accommodating the heating element 2 therein, and the heating element 2 is accommodated in this space.
  • the heating element 2 has a configuration in which a heating composition 20 is disposed between two base sheets 21 and 22 as shown in FIG.
  • the base material sheets 21 and 22 the same materials as those conventionally used in the technical field can be used.
  • the base material sheets 21 and 22 are made of an impermeable material such as a synthetic resin film, or a fiber sheet such as a nonwoven fabric or paper. Examples thereof include a gas-permeable material, or a laminate of the gas-impermeable material and the fiber sheet.
  • the base material sheets 21 and 22 may have high water absorption. In that case, for example, a fiber sheet containing hydrophilic fibers, a fiber sheet containing water-absorbing polymer particles and hydrophilic fibers, and the like can be given. .
  • the base material sheets 21 and 22 may be the same as or different from each other.
  • the exothermic composition 20 contains iron powder (iron powder for the exothermic composition of the first invention) which is a kind of oxidizable metal, a carbon material, a halide salt and water.
  • iron powder iron powder for the exothermic composition of the first invention
  • the exothermic composition 20 in the exothermic body 2 is a water-containing layer containing water
  • the halide salt, that is, the electrolyte, contained in the exothermic composition 20 was dissolved in the water in the exothermic composition 20. It is in a state.
  • the exothermic composition 20 generates heat using heat generated by the oxidation reaction between iron powder and oxygen in the air.
  • the iron powder for exothermic composition of the first invention contained in the exothermic composition 20 is characterized in that the bulk density is in the range of 0.3 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 .
  • the bulk density of the heat-generating composition iron powder that has been widely used in the past generally exceeds 1.5 g / cm 3 and is in the range of 1.8 to 2.5 g / cm 3. It can be said that the iron powder for a composition has a low bulk density and is bulky as compared with conventional products.
  • the bulk density of the iron powder (iron powder for heat-generating composition) referred to in the first invention is determined using a bulk density measuring device (JIS Kasa specific gravity measuring device JISZ-2504, manufactured by Tsutsui Riken Kikai Co., Ltd.). Metal powder-measured according to the apparent density measurement method.
  • a bulk density measuring device JIS Kasa specific gravity measuring device JISZ-2504, manufactured by Tsutsui Riken Kikai Co., Ltd.
  • the iron powder for exothermic composition of the first invention has a bulk density in a specific range of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, thereby greatly improving the exothermic characteristics of the exothermic composition containing this. Can be.
  • the iron powder for exothermic composition of the first invention has a reaction rate in the oxidation reaction of iron powder in comparison with the conventional iron powder for exothermic composition whose bulk density exceeds 1.5 g / cm 3. The amount of heat generated in the exothermic composition can be greatly improved.
  • the iron powder for heat-generating composition of the present invention can continue to generate heat at a temperature equivalent to that of the conventional product for a longer time than the conventional product, for example, with the same amount of iron powder as that of the conventional product. Heat generation at the same temperature as conventional products can be continued with a smaller amount of iron powder.
  • the iron powder for a heat generating composition of the first invention has a high reaction rate in the oxidation reaction of the iron powder and a large amount of heat generated in the heat generating composition.
  • the heat generating composition or a thin heating element using the heat generating composition For example, since the heat generation time can be controlled relatively easily, the degree of freedom in designing the heat generator can be improved.
  • the bulk density of the iron powder for heat-generating composition of the first invention is preferably 0.4 g / cm 3 or more, more preferably 0.5 g / cm 3 or more, and preferably 1.4 g / cm 3 or less, more preferably Is 1.3 g / cm 3 or less.
  • the exothermic characteristics of the exothermic composition or heating element can also be evaluated by an exothermic profile consisting of the temperature and time when the exothermic composition is heated, as will be described later, and is evaluated by the area obtained by integrating the temperature with time. it can.
  • the iron powder for a heat generating composition of the first invention can improve heat generation characteristics without causing a decrease in handling properties of the heat generating composition because the bulk density is in the specific range, not the particle diameter. .
  • the paint has excellent storage stability, Since it is difficult for iron powder to settle, paint viscosity increase or gelation to occur, the heating element can be efficiently applied to industrial production.
  • Patent Document 3 iron powder itself having a bulk density of 1.5 g / cm 3 or less is known.
  • Patent Document 3 describes that iron powder having a low bulk density is used for molding applications, and Patent Document 3 does not describe anything about the exothermic composition.
  • the technical idea of the invention that is, the use of iron powder having a low bulk density in the exothermic composition to improve the exothermic characteristics and handling properties of the exothermic composition.
  • the preferable average particle size of the iron powder for heat-generating composition of the first invention is preferably 30 ⁇ m or more, more preferably 40 ⁇ m or more, and preferably 150 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the iron powder for the heat generating composition is within such a range, the above-described effects (the heat generation characteristics of the heat generating composition or the heat generating body and the effect of improving the handling properties) are more reliably exhibited.
  • the average particle diameter of the iron powder for example, a volume-based median diameter measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device is used.
  • the refractive index of iron powder is 3.5 real parts, 3.8 i imaginary parts, and water is used as a dispersion medium.
  • a method is used in which the refractive index is set to 1.33, the circulation speed is set to 15, the agitation is set to 5, and the average particle diameter of the iron powder is measured with the volume-based median diameter.
  • the BET specific surface area of the iron powder for exothermic composition of 1st invention becomes like this.
  • it is 0.1 m ⁇ 2 > / g or more, More preferably, it is 0.2 m ⁇ 2 > / g or more.
  • the upper limit value of the BET specific surface area of the preferred iron powder for exothermic composition of the first invention is not particularly limited, but the activity of the oxidation reaction during use is high, and it is exothermic due to oxidation during storage until use.
  • the BET specific surface area of the iron powder is measured by a known BET method.
  • the BET method is a method for measuring the specific surface area of a powder by measuring the amount of adsorption on the powder surface such as nitrogen or argon.
  • capacitance by the mercury intrusion method of the preferable iron powder for exothermic compositions of 1st invention is the range of 1 micrometer or more, Preferably it is 0.3 cm ⁇ 3 > / g or more, More preferably, it is 0.5 cm ⁇ 3 > / g or more. is there.
  • the total pore volume of the iron powder for the exothermic composition of the first invention is preferably 0.3 cm 3 / g. As mentioned above, More preferably, it is more preferable in it being 0.5 cm ⁇ 3 > / g or more.
  • the pore volume of the iron powder for the heat generating composition by the mercury intrusion method is within such a range, the above-described effects (the heat generating composition or the heat generating characteristics and the handling property of the heat generating element) are more reliably exhibited. It becomes like this.
  • the upper limit value of the pore volume by the mercury intrusion method of the iron powder for the exothermic composition of the first invention is not particularly limited, but the bulk density of the iron powder is not so large that the bulk density is not lowered, and iron In view of this point, it is easy to handle the powder, and it is also easy to reduce the thickness of the heat-generating composition such as a heating element.
  • the total pore volume is preferably 4.0 cm 3 / g or less, still more preferably at 3.0 cm 3 / g or less.
  • the pore volume of the iron powder by the mercury intrusion method is measured by, for example, a method defined in JIS R1655.
  • the preferred exothermic composition iron powder of the first invention is produced through a pulverization step of reduced iron as a raw material.
  • the average particle diameter, BET specific surface area, and pore volume by mercury porosimetry are as follows. It can be adjusted by appropriately adjusting the degree of pulverization in the pulverization step.
  • the preferred exothermic composition-use iron powder of the first invention has a metal iron content of preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass. It is as follows.
  • the content of metallic iron in the exothermic composition iron powder is within such a range, so that the above-described effects (the effect of improving the exothermic characteristics and handling properties of the exothermic composition or the heating element) are more reliably exhibited.
  • the content of metallic iron in the iron powder is measured by, for example, a bromine-methanol dissolution method defined in ISO 5416. Adjustment of the content of metallic iron in the iron powder can be carried out by appropriately adjusting reduction conditions, heat treatment conditions after reduction, and the like.
  • the preferred exothermic composition-use iron powder of the first invention includes, for example, silica (SiO 2 ) of about 3% by mass or less, carbon (C) of about 15% by mass or less, as components other than metallic iron. About 3% by mass or less of (Al 2 O 3 ) can be contained. In general, this type of iron powder reacts with oxygen in the atmosphere at room temperature, and some of the powder is inevitably oxidized. Therefore, the preferred exothermic composition iron powder of the first invention has oxygen (O) of 10%. It may be contained in a mass% or less. These components other than the metallic iron component are inevitably mixed in the process of producing the iron powder for the heat generating composition, and are not particularly important for achieving the above-described predetermined effect of the first invention.
  • the preferable iron powder for exothermic composition of the first invention is characterized not only by the various physical properties but also by its appearance.
  • FIG. 2 (a) shows an electron micrograph of an example of a preferable iron powder for a heat generating composition of the first invention
  • FIG. 2 (b) shows a conventional iron powder for a heat generating composition (with a bulk density of 1.5 g / electron micrographs of iron powder) more than cm 3 are shown.
  • a preferable exothermic composition iron powder of the first invention is characterized in that the surface layer portion is constituted by a large number of three-dimensionally arranged fibrous materials. is there.
  • the fiber diameter of the fibrous material constituting the preferred exothermic iron powder for heat-generating composition of the first invention is approximately 10 ⁇ m or less. The fiber diameter of the fibrous material is measured, for example, by analyzing an image of an electron micrograph and measuring a distance between two points.
  • the preferred exothermic composition iron powder of the first invention uses iron ore containing iron (III) oxide as a raw material, and this is reduced using a solid reducing agent in a reduction furnace such as a rotary kiln to obtain reduced iron,
  • the reduced iron is obtained by pulverizing with a pulverizer and, if necessary, sieving to a desired particle size.
  • This series of steps is basically the same as the conventional method for producing iron powder for exothermic compositions.
  • Particularly important in obtaining the preferred exothermic composition iron powder of the first invention is the pulverization conditions of reduced iron.
  • the degree of pulverization of reduced iron weaker than that in the conventional production of exothermic composition iron powder.
  • a vibration type rod mill for example, product name “MB-1”, manufactured by Chuo Kako Co., Ltd.
  • a vibrating disc mill is used for 0.1 kg of reduced iron.
  • iron powder having a bulk density in the range of 0.3 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 can be obtained.
  • the heating tool 1 shown in FIG. 1 will be further described.
  • the content of the iron powder in the heat generating composition 20 is heat generated from the viewpoint of maintaining stable heat generation for a long time.
  • it is 20 mass% or more with respect to the total mass of the composition 20, More preferably, it is 30 mass% or more, Preferably it is 70 mass% or less, More preferably, it is 60 mass% or less.
  • the basis weight of the iron powder in the heat generating composition 20 is preferably 80 g / m 2 or more, more preferably 120 g / m 2 or more, and preferably Is 1400 g / m 2 or less, more preferably 1200 g / m 2 or less.
  • the exothermic composition 20 further contains a carbon material in addition to the preferable iron powder for an exothermic composition of the first invention described above.
  • a carbon material one that can function as a moisture retaining agent, an oxygen retaining / supplying agent for iron powder is used, for example, activated carbon (coconut shell charcoal, charcoal powder, calendar bituminous coal, peat, lignite), carbon black, Acetylene black, graphite, graphite, coal, coal char and the like can be mentioned, and one of these can be used alone or two or more can be used in combination.
  • activated carbon is particularly preferable because it has a high specific surface area.
  • the content of the carbon material in the exothermic composition 20 is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and preferably 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the iron powder in the exothermic composition 20. More preferably, it is 25 parts by mass or less.
  • the exothermic composition 20 further contains a halide salt.
  • a halide salt one that can function as an electrolyte capable of dissolving the oxide formed on the surface of the iron powder is used.
  • sodium chloride is particularly preferable because of its excellent conductivity, chemical stability, production cost, and the like.
  • the content of the halide salt in the exothermic composition 20 is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and preferably 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder in the exothermic composition 20. Part or less, more preferably 25 parts by weight or less.
  • the exothermic composition 20 further contains water. As described above, the exothermic composition 20 is in a water-containing state, and the halide salt is dissolved in the water.
  • the exothermic composition in a water-containing state is a slurry composition having fluidity.
  • the water content in the exothermic composition is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and preferably 70% by mass or less with respect to the total mass of the exothermic composition 20 from the viewpoint of reactivity. More preferably, it is 60 mass% or less.
  • the exothermic composition 20 in addition to the above components (iron powder, carbon material, halide salt and water), if necessary, as a reaction accelerator having a function similar to that of the carbon material, zeolite, pearlite, vermiculite , Silica, alumina, titania and the like can be contained. Further, from the viewpoint of improving suitability as a coating material, the exothermic composition 20 can contain various thickeners and surfactants.
  • the thickener for example, a substance that mainly absorbs water or an aqueous chloride solution of metal and increases the consistency or imparts thixotropic properties, such as bentonite, stearate, sodium polyacrylate, etc.
  • alginates such as gelatin, tragacanth gum, locust bean gum, guar gum, gum arabic and sodium alginate
  • starch-based water absorbents such as pectin, carboxyvinyl polymer, dextrin, pregelatinized starch and starch for processing
  • carrageenan and Polysaccharide thickeners such as agar
  • cellulose derivative thickeners such as carboxymethyl cellulose, ethyl acetate cellulose, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose and hydroxypropyl cellulose can be used.
  • the surfactant for example, a condensate of aromatic sulfonic acid and formalin, or an anionic surfactant containing a special carboxylic acid type polymer surfactant as a main component can be used.
  • the heating element 2 prepares a paint by mixing other components (iron powder, carbon material, water, etc.) excluding halide salts (paint preparation process), and uses the paint as a base material.
  • a halide salt is further added to the coated paint (electrolyte addition process), and the other substrate sheet 22 is overlaid on the paint (sheet lamination process) ).
  • a slurry-like exothermic composition 20 is obtained by adding a halide salt to the paint on the substrate sheet 21.
  • a halide salt that is, an electrolyte is added in a solid state.
  • the addition of the halide salt in the solid state is advantageous in that the corrosion of the device can be suppressed as compared with the case of adding it in an aqueous solution, and the scattering of the halide salt to the device and / or its surroundings can be suppressed. An effect is produced.
  • a fiber sheet for example, non-woven fabric, paper
  • hydrophilic fibers without containing a water-absorbing polymer is preferably used, and the sheet lamination process
  • a fiber sheet containing a water-absorbing polymer high water-absorbing sheet
  • the content of the water-absorbing polymer in the superabsorbent sheet is usually about 10 to 70% by mass with respect to the total mass of the superabsorbent sheet.
  • the basis weight of the heating element 2 is appropriately adjusted according to the application of the heating tool 1, etc., preferably 100 g / m 2 or more, more preferably 150 g / m 2 or more, and preferably 2500 g / m 2 or less, more preferably Is 2000 g / m 2 or less.
  • the basis weight of the exothermic composition 20 is preferably 50 g / m 2 or more, more preferably 100 g / m 2 or more, and preferably 1200 g / m 2 or less, more preferably 1000 g / m 2 or less.
  • the basis weight of the substrate sheets 21 and 22 is preferably 10 g / m 2 or more, more preferably 20 g / m 2 or more, and preferably 200 g / m 2 or less, more preferably 150 g / m 2 or less.
  • the heating element 2 is enclosed in a packaging material 3 composed of a first covering sheet 30 and a second covering sheet 31.
  • a packaging material 3 composed of a first covering sheet 30 and a second covering sheet 31.
  • Either one of the first cover sheet 30 and the second cover sheet 31 is partly breathable, or the whole is breathable.
  • Both the first cover sheet 30 and the second cover sheet 31 may have air permeability. Since the packaging material 3 has air permeability, oxygen is smoothly supplied to the heat generating composition 20 in the heat generating element 2, and stable heat generation is maintained for a long time.
  • a breathable sheet that can be used as the packaging material 3 (covering sheets 30, 31) for example, a porous sheet made of a synthetic resin that has moisture permeability but does not have water permeability is suitable. When such a porous sheet is used, various fiber sheets such as needle punched nonwoven fabric and air-through nonwoven fabric are laminated on the outer surface (surface facing outward) of the porous sheet, and the packaging material 3 You may enhance the texture.
  • the other cover sheet has lower air permeability than the first cover sheet 30.
  • water vapor can be more stably generated through the first cover sheet 30.
  • the “low-breathable sheet” as used herein refers to a non-breathable sheet that is partially breathable but has a lower breathability than the first covering sheet 30 and has no breathability. Includes both cases.
  • the second cover sheet 31 is a non-breathable sheet
  • examples of the non-breathable sheet include a synthetic resin film, and a non-woven fabric such as a needle punch nonwoven fabric or an air-through nonwoven fabric on the outer surface (surface facing outward) of the film.
  • a composite sheet obtained by laminating various fiber sheets including the above can be used.
  • the packaging material 3 may have an adhesive layer (not shown) formed by applying an adhesive on the outer surface thereof.
  • the pressure-sensitive adhesive layer is used to attach the heating tool of the first invention to human skin, clothing or the like.
  • an adhesive which comprises an adhesion layer the thing similar to what was used until now in the said technical field including a hot-melt adhesive can be used. From the viewpoint of not impairing the air permeability, it is preferable to provide an adhesive layer on the peripheral edge of the packaging material 3.
  • the first invention has been described based on the embodiment, the first invention can be appropriately changed without being limited to the embodiment.
  • the form of the heating tool to which the first invention can be applied is not particularly limited, and a general heating tool including a heating element and a packaging material surrounding the heating element, for example, a packaging material is included.
  • the first invention can be applied to a heating tool made only of a heating element.
  • the heating element may be an integrated body in which a heating composition containing iron powder is integrated to form a predetermined shape (for example, a sheet shape), or a fluid in which the heating composition is not integrated. There may be.
  • Iron powder for exothermic composition having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less.
  • the exothermic composition containing the iron powder for exothermic composition according to ⁇ A1> (iron powder having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less), a carbon material, a halide salt, and water. object.
  • the bulk density is preferably 0.4 g / cm 3 or more, more preferably 0.5 g / cm 3 or more, and preferably 1.4 g / cm 3 or less, more preferably 1.3 g / cm 3 or less.
  • ⁇ A4> The exothermic composition according to ⁇ A2> or ⁇ A3>, wherein the average particle diameter of the iron powder is 20 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the iron powder is preferably 30 ⁇ m or more, more preferably 40 ⁇ m or more, and preferably 150 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or less, according to any one of the above ⁇ A2> to ⁇ A4> Exothermic composition.
  • ⁇ A6> The exothermic composition according to any one of ⁇ A2> to ⁇ A5>, wherein the iron powder has a metal iron content of 60% by mass to 95% by mass.
  • the content of metal iron in the iron powder is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less.
  • ⁇ A8> The exothermic composition according to any one of ⁇ A2> to ⁇ A7>, wherein the iron powder has a BET specific surface area of 0.1 m 2 / g or more.
  • the iron powder has a BET specific surface area of preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.2 m 2 / g or more, and preferably 50 m 2 / g or less, more preferably 40 m 2 / g or less.
  • ⁇ A10> The exothermic composition according to any one of ⁇ A2> to ⁇ A9>, which is a slurry composition having fluidity.
  • ⁇ A11> Any of ⁇ A2> to ⁇ A10> above, wherein the water content is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less. 2.
  • ⁇ A12> The exothermic composition according to any one of ⁇ A2> to ⁇ A11>, wherein the iron powder has a pore volume of 0.3 cm 3 / g or more in a range of 1 ⁇ m or more by mercury porosimetry.
  • the pore volume of the iron powder by mercury porosimetry is in the range of 1 ⁇ m or more, preferably 0.3 cm 3 / g or more, more preferably 0.5 cm 3 / g or more, and preferably 4.0 cm 3 / g.
  • the basis weight of the iron powder is preferably 80 g / m 2 or more, more preferably 120 g / m 2 or more, and preferably 1400 g / m 2 or less, more preferably 1200 g / m 2 or less.
  • a heating element comprising the heating composition according to any one of ⁇ A2> to ⁇ A17>.
  • the basis weight of the substrate sheet is preferably 10 g / m 2 or more, more preferably 20 g / m 2 or more, and,
  • ⁇ A21> Use of the iron powder for a heat generating composition according to ⁇ A1> as a heating element.
  • Example A1 Iron (III) oxide (Pure Chemical Co., Ltd. 32225-0401) was used as the iron source, and palm shell charcoal (LP16-042, Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) was used as the solid reducing agent. 6 g of iron source and 2 g of solid reducing agent are put in a polyethylene bag (produced by Nihon Pack Co., Ltd. produced in Japan) and shaken to obtain a mixed powder. The mixed powder has an inner diameter of 20 mm and a length of 50 mm. A SUS303 tube was filled to a filling height of 35 mm, and the iron source in the filled state was subjected to a reduction treatment using an atmospheric furnace (KDF-900GL manufactured by Denken Co., Ltd.). Got a block.
  • KDF-900GL manufactured by Denken Co., Ltd.
  • the reduction treatment was performed by raising the temperature from normal temperature to 950 ° C. at 15 ° C./min in a nitrogen atmosphere, holding 950 ° C. for 1 hour, and then gradually cooling to normal temperature.
  • the reduced iron block was taken out from the tube, and coarse iron powder was obtained by grinding for 10 seconds at a rotation speed of 700 rpm using a vibration disc mill (manufactured by Vder Scientific, RS200, SUS standard grinding set).
  • the obtained coarse iron powder was screened for 5 minutes with a low-tap tester (Yoshida Seisakusho 1038-A) using a test sieve (JTS-250-60-37 manufactured by Tokyo Screen Co., Ltd.) having an opening of 250 ⁇ m.
  • the coarse powder was removed, and the target iron powder for a heat generating composition was obtained.
  • Example A2 An iron powder for a heat generating composition was obtained in the same manner as in Example A1, except that 16 g of the iron source and 4 g of the solid reducing agent were used, and a tube made of SUS303 having an inner diameter of 48 mm and a length of 150 mm was used.
  • Example A3 An iron powder for a heat generating composition was obtained in the same manner as in Example A2 except that the reduction treatment was heated to 1000 ° C. and held for 1 hour.
  • Comparative Example A1 Conventionally used iron powder for highly reactive exothermic composition (bulk density 2.0 g / cm 3 , average particle diameter 45 ⁇ m, BET specific surface area 2.80 m 2 / g, metallic iron content 76 mass%) Used as Comparative Example A1.
  • Comparative Examples A2 and A3 General-purpose exothermic composition iron powder (bulk density of 2.9 g / cm 3 , average particle diameter of 127 ⁇ m, BET specific surface area of 0.17 m 2 / g, content of metallic iron content of 94 mass%) was designated as Comparative Example A2. Moreover, what grind
  • Comparative Example A4 Pure iron (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., atomized iron powder—180 ⁇ m) was used as Comparative Example A4.
  • a coating material was prepared using the iron powder of each Example and Comparative Example.
  • the composition of the coating was 100 parts by mass of iron powder, 8 parts by mass of carbon material (activated carbon), 0.3 parts by mass of thickener (guar gum), 60 parts by mass of water, and 5 parts by mass of electrolyte (sodium chloride).
  • the adjustment of the paint was performed by first mixing the iron powder and the carbon material, adding a mixture of water and a thickener to the mixture, and mixing them uniformly.
  • a heating element having the same configuration as that of the heating element 2 shown in FIG. 1C was manufactured using the paint prepared using the iron powders of the examples and comparative examples. Paper made of wood pulp fibers having a basis weight of 70 g / m 2 was used as the base sheet 21, and the following superabsorbent sheet having a basis weight of 80 g / m 2 was used as the base sheet 22. A coating layer is formed on one surface of the base sheet 21 to form a coating layer, and a halide salt powder (sodium chloride) is uniformly added to the entire coating layer.
  • a heating element having the same configuration as that of the heating element 2 was manufactured by stacking 22 layers. The content of the halide salt in the exothermic composition was 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder in the exothermic composition. The basis weight of the exothermic composition in the heating element was 587 g / m 2 .
  • the super absorbent sheet used as the base sheet 22 was produced according to the method described in the specification of Japanese Patent No. 5894747.
  • sodium polyacrylate-based superabsorbent polymer particles are mainly present in the central region in the thickness direction of the sheet, and the particles are substantially present on the surface of the sheet.
  • This is a single sheet having an unstructured structure.
  • the superabsorbent sheet has a layer of hydrophilic cross-linked bulky cellulose fibers on the front and back sides of the site where the superabsorbent polymer particles are present.
  • the crosslinked bulky cellulose fiber had a fiber roughness of 0.22 mg / m and an average fiber length of 2.5 mm.
  • the layer of crosslinked bulky cellulose fibers further contained softwood bleached kraft pulp and paper strength enhancer (PVA).
  • PVA softwood bleached kraft pulp and paper strength enhancer
  • Superabsorbent polymer particles having an average particle size of 340 ⁇ m were used.
  • the basis weight of the superabsorbent polymer particles was 30 g / m 2
  • the basis weight of the superabsorbent sheet, that is, the base sheet 22 was 80 g / m 2 .
  • the storage stability of the paint was evaluated by comparing the solid content immediately after preparation of the paint with the solid content after standing for 24 hours immediately after preparation of the paint.
  • the solid content of the paint was evaluated by heating and removing the water content of the paint and measuring the residual mass. For example, using a moisture meter HR83 manufactured by METTLER TOLEDO, 1 g of the paint was dried at 120 ° C. for 30 minutes, and the residual mass was measured. With respect to the solid content immediately after the preparation, the solid content after 24 hours of standing was not changed to Good, and the solid content with 2% or more change after 24 hours was set to Not Good (NG).
  • the storage stability of the paint is closely related to the handleability, and the paint having a high storage stability can be evaluated as having excellent handleability, being easy to handle and having excellent coating suitability.
  • the temperature was measured by the disposable warmer temperature characteristic measurement test method described in JIS S4100.
  • the obtained heating tool was inserted into a needle punched nonwoven fabric bag having a basis weight of 100 g / m 2 and placed on a constant temperature bath at 40 ° C. to evaluate the heat generation characteristics.
  • This bag is formed into a bag shape by sealing three sides of the needle punched nonwoven fabric.
  • the thermometer was arrange
  • the exothermic characteristic was plotted by changing the temperature with respect to time, and the region where the temperature exceeded 45 ° C.
  • the iron powder for the existing highly reactive type exothermic composition shown in Comparative Example A1 that was approximately twice the value 156 K ⁇ min, exceeding 300 K ⁇ min, was designated as Good, and the lower one was designated as NG.
  • the manufacturing method of the heating element of the second invention uses a heat generating composition containing an oxidizable metal, a carbon material and water whose bulk density is in a predetermined low range and having fluidity.
  • the exothermic composition used in the second invention and each component contained in the exothermic composition will be described in detail later.
  • the oxidizable metal used in the second invention include the iron powder for a heat generating composition of the first invention.
  • the iron powder for a heat generating composition of the first invention has a bulk density in a relatively low range of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. It is necessary to increase the amount of water used in combination to increase fluidity and improve the coating properties. However, if the amount of water is too large, the heat generation characteristics of the heat generating composition (heating element) There is a concern about the decline.
  • the heating element 2 of the second invention can be suitably manufactured by the manufacturing apparatus 100 shown in FIGS. 3 and 4, for example.
  • the manufacturing apparatus 100 shown in FIGS. 3 and 4 is roughly divided into an applied body forming unit 200, a moisture adjusting unit 300, and a sheet stacking unit 400.
  • the manufacturing apparatus 100 includes an application body forming unit 200.
  • the application body forming unit 200 includes a guide roll 220 and a receiving roll 230 that guide the base sheet 21 from the raw roll 21R in the transport direction R, a storage tank 24 that stores the exothermic composition 20 described later, and the exothermic composition 20.
  • a coating head 25 that coats one surface of the substrate sheet 21, a supply path 26 that supplies the exothermic composition 20 from the storage tank 24 to the coating head 25, and a salt spraying device 27 that sprays salt on the formed coated body 4.
  • a salt spraying device 27 that sprays salt on the formed coated body 4.
  • the storage tank 24 provided in the application body forming unit 200 stores the exothermic composition 20 in the tank 24.
  • the exothermic composition 20 in the storage tank 24 is stirred and homogenized by the stirring blade 24a.
  • the stirring blade 24a is connected to a rotational drive source 24c such as a motor via a shaft 24b.
  • One end of a supply path 26 is connected to the bottom of the storage tank 24.
  • the other end of the supply path 26 is connected to the coating head 25.
  • the application body forming unit 200 includes an application head 25.
  • the application head 25 applies the fluidity exothermic composition 20 supplied from the storage tank 24 via the supply path 26 onto one surface of the belt-like substrate sheet 21 supported by the receiving roll 230. This is a portion where the application body 4 is formed.
  • the coating head 25 can apply the heat generating composition 20 over the entire width direction of the base material sheet 21 which is a direction orthogonal to the transport direction R.
  • the coating head 25 one capable of coating a fluid such as a die coater is used.
  • the application body forming unit 200 further includes a salt spraying device 27.
  • the salt spraying device 27 is a portion that sprays salt on the exothermic composition 20 side of the formed application body 4.
  • the salt spraying device 27 can spray salt over the entire width direction, which is a direction orthogonal to the transport direction R of the application body 4.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a moisture adjustment unit 300.
  • the moisture adjustment unit 300 includes a water removal unit 310 that removes water from the application body 4 and a water addition unit 320 that is located downstream of the application body 4 and adjusts the moisture content of the application body 4.
  • the water removing unit 310 is a part for removing water from the wet application body 4 by means such as drying or water absorption. If the water removal part 310 can remove a desired water
  • the water removing unit 310 shown in FIG. 3 is provided with a drying device 31A that dries the applied body 4 guided therein and removes the water by volatilization or evaporation.
  • the drying device 31 ⁇ / b> A is provided alone, but a plurality of drying devices may be provided along the transport direction R. When a plurality of drying devices 31A are provided, the drying temperature in each drying device 31A may be the same or different.
  • the water removal part 310 shown in FIG. 4 is provided with the water absorption roll 31B which replaces with the drying apparatus 31A and contains the water absorption material in which a contact part with the water absorption object (application body 4) can absorb water.
  • the axial direction of the water absorption roll 31 ⁇ / b> B coincides with the width direction of the application body 4, and is the same as or larger than the width of the application body 4.
  • the water absorption roll 31 ⁇ / b> B comes into contact with the application body 4 to absorb and remove water contained in the application body 4.
  • the peripheral surface (outer peripheral portion) of the water absorption roll 31B which is a contact portion with the water absorption target (applied body 4), is made of a water absorbent material such as sponge or pulp paper.
  • An auxiliary roll 31C is disposed at a position facing the water absorption roll 31B.
  • the auxiliary roll 31C may be a belt conveyor instead of a roll.
  • the water addition unit 320 is a part that adjusts the moisture content of the application body 4 by further adding water to the application body 4 from which the water has been removed by the water removal unit 310. It is preferable that the water addition unit 320 can add water over the entire width direction of the application body 4 similarly to the application head 25 and the salt spraying device 27. In addition, when the application body 4 after passing through the water removing unit 310 has a desired water content, the water adding unit 320 may not be provided. The amount of moisture that can suitably exhibit the heat generation characteristics of the coated body 4 will be described later.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a sheet stacking unit 400.
  • the sheet stacking unit 400 includes a guide roll 42 that guides the belt-shaped second base sheet 22 fed out from the second raw roll 22R downstream, and a guide roll 43 that guides the application body 4 in the transport direction R. Yes.
  • the 2nd base material sheet 22 is conveyed so that it may be distribute
  • the storage tank 24 is filled with a heat generating composition 20 containing an oxidizable metal, a carbon material and water having a bulk density within a predetermined range.
  • the oxidizable metal is typically the iron powder for a heat generating composition of the first invention.
  • the exothermic composition 20 may be filled in a storage tank 24 prepared in advance using another stirring device (not shown), and an oxidizable metal, a carbon material and water are placed in the storage tank 24. You may prepare by stirring and mixing.
  • the exothermic composition 20 is a fluid paint (slurry exothermic composition) due to the high water content. From the viewpoint of suppressing precipitation of components of the exothermic composition 20 and maintaining uniformity, it is preferable that the exothermic composition 20 is stirred at the time of supply.
  • the exothermic composition 20 is applied onto the base sheet 21 in a state where the base sheet 21 fed from the raw roll 21R is positioned on the peripheral surface of the receiving roll 230. Since the exothermic composition 20 is continuously supplied from the storage tank 24 to the coating head 25 via the supply path 26, as the base sheet 21 is transported in the transport direction R, on the base sheet 21. It is applied along the conveying direction R and continuously. Thereby, the application body 4 with the exothermic composition 20 applied on the upper surface of the base sheet 21 is conveyed downstream while being continuously formed. In this step, the exothermic composition 20 is a fluid paint (slurry exothermic composition).
  • salt is sprayed on the exothermic composition 20 side of the application body 4 in the salt spraying device 27 located on the downstream side of the coating head 25.
  • the heat generation characteristics resulting from the oxidation reaction of the oxidizable metal of the heat generator can be further improved.
  • a halide salt as the salt. Since the salt spraying device 27 is located above the side of the coated body 4 on which the exothermic composition 20 is applied, the salt spraying device 27 is continuously on the upper surface of the exothermic composition 20 in the coated body 4 along the transport direction R.
  • the salt in a solid state.
  • the salt sprayed in the solid state is conveyed downstream in a state where part or all of the salt is dissolved in water contained in the exothermic composition 20.
  • the exothermic composition 20 is a fluid paint (slurry exothermic composition).
  • the application body 4 is supplied to the water removing unit 310 located on the downstream side of the salt spraying device, and water is removed from the application body 4.
  • the oxidizable metal contained in the exothermic composition 20 has voids in the metal particles because the bulk density is in a low range of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. And is easily held between metal particles. Therefore, when forming the application body 4, it is necessary to secure the fluidity of the exothermic composition 20 by increasing the amount of water added during the production of the exothermic composition 20 from the optimum amount.
  • the moisture in the exothermic composition 20 is excessive, the oxidation reaction of the oxidizable metal is inhibited by the presence of water, and the heat capacity of the exothermic body is increased to obtain desired exothermic characteristics as the exothermic body. It becomes difficult.
  • This step is for reducing the water content of the coated body 4 to be close to the optimum amount and obtaining stable heat generation due to the oxidation reaction of the oxidizable metal over a long period of time.
  • the coating body 4 is supplied to the inside of the drying device 31 ⁇ / b> A and dried to be included in the exothermic composition 20 constituting the coating body 4.
  • the water is removed by volatilization or evaporation.
  • the drying method of the application body 4 in the drying device 31A is not particularly limited as long as it is a method capable of removing water from the application body 4. For example, blowing hot air, blowing dry gas, heating with a heater, infrared irradiation, heating roller And a method such as heating under pressure.
  • part of the water contained in the application body 4 may be removed, or all of it may be removed.
  • the application body 4 may be maintained in a wet state or may be in an absolutely dry state.
  • the water is removed so that the amount of water contained in the application body 4 after removal is equal to or less than the amount of water contained in the finally obtained heating element. It is preferable.
  • the atmosphere during drying of the coated body 4 is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon from the viewpoint of suppressing an unintended oxidation reaction of the oxidizable metal.
  • the drying temperature of the coated body 4 depends on the constituent components of the base sheet 21 and the exothermic composition 20 constituting the coated body 4, but is preferably 10 ° C or higher, more preferably 30 ° C or higher. Moreover, it is preferable that it is 300 degrees C or less, and it is more preferable that it is 100 degrees C or less.
  • the drying time of the coated body 4 depends on the drying temperature and the target amount of water, but is preferably 2 minutes or more, more preferably 10 minutes or more, and preferably 180 minutes or less, More preferably, it is 120 minutes or less.
  • the application body 4 is supplied between the water absorption roll 31B and the auxiliary
  • the water-absorbing material is brought into contact with water to absorb and remove water from the coated body 4.
  • the application body 4 since it is difficult to absorb all the water contained in the application body 4, the application body 4 is maintained in a wet state and conveyed downstream. In this case, it is preferable to remove the water so that the amount of water contained in the coated body 4 after the removal of water is equal to or less than the amount of water contained in the finally obtained heating element.
  • the water-absorbing material that is brought into contact with the coated body 4 is preferably a material such as polyvinyl alcohol, urethane, or pulp paper. From the same point of view, it is preferable that the application body 4 is brought into contact with the water-absorbing material from at least the heat generating composition 20 side of the application body 4.
  • the press pressure is preferably 0.5 N / m or more from the viewpoint of water absorption and removal efficiency.
  • the moisture content of the applied body 4 after the removal of water is preferably 0 with respect to 100 parts by mass of the oxidizable metal. It is not less than 110 parts by mass and more preferably not less than 0 and not more than 100 parts by mass.
  • the water content of the coated body 4 after the removal of water can be measured according to, for example, JIS K 0068: 2001.
  • the moisture content of the application body 4 after water removal is the basis weight of the application body 4 applied on one surface of the base sheet 2 by the application head, and the basis weight of the application body 4 after water removal. It can also be calculated from the difference.
  • the moisture content of the application body 4 after water removal can also be measured in-line with an infrared moisture meter, a near infrared moisture meter, or a microwave transmission moisture meter.
  • water is added from the surface side of the application body 4 on which the exothermic composition 20 is applied in the water addition unit 320 located on the downstream side of the water removal unit 310.
  • water is sprinkled on the exothermic composition 20 of the application body 4, and is added to the application body.
  • the amount of water contained in the coated body 4 after the addition of water is the amount of water contained in the finally obtained heating element.
  • the coated body 4 is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 40 parts by mass or more, and preferably 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the oxidizable metal. It is adjusted to 110 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or less, and it is conveyed downstream.
  • the moisture content of the coated body 4 in such a range, the oxidation reaction of the oxidizable metal can be sufficiently advanced, and stable heat generation is maintained for a long time. As a result, the heat generation characteristics of the heat generator are excellent.
  • the 2nd base material sheet 22 drawn out from the 2nd original fabric roll 22R is laminated on the exothermic composition 20 side of application body 4, and heat generating body 2 as shown in Drawing 1 (c) is manufactured. .
  • crimping can be performed by a crimping means (not shown) such as a nip roll.
  • a crimping means such as a nip roll.
  • the optimal moisture content of the application body 4 mentioned above is maintained also at the time of manufacture of the heat generating body 2, the optimal moisture content of the above-mentioned application body 4 and the application
  • the water content of the body 4 is substantially the same.
  • the optimal moisture content of the above-mentioned application body 4 and the moisture content contained in the heat generating body 2 finally obtained are substantially the same.
  • the heating element 2 manufactured through these manufacturing steps has a heating layer using the heating composition 20 as a raw material between the base sheet 21 and the second base sheet 22. It has a distributed structure.
  • the thing similar to what was conventionally used in the said technical field can be used, for example, impermeable materials, such as a synthetic resin film, a nonwoven fabric, paper, etc. Examples thereof include a gas-permeable material made of a fiber sheet, or a laminate of the gas-impermeable material and the fiber sheet.
  • each base material sheet 21 and 22 may have water absorption, for example, the fiber sheet containing a hydrophilic fiber, the fiber sheet containing the particle
  • Each base material sheet 21 and 22 may be comprised with the same material, and may be comprised from a different material. From the viewpoint of heat generation persistence of the heating element due to the oxidation reaction, it is preferable that at least one of the base sheets 21 and 22 has air permeability.
  • the base sheet 21 includes a non-permeable material such as a synthetic resin film, a non-woven fabric or paper that contains hydrophilic fibers and does not contain a water-absorbing polymer. It is preferable to use a laminate with a fiber sheet. From the viewpoint of easily adjusting the moisture content of the exothermic composition 20 to a level capable of generating heat, it is preferable to use a fiber sheet (superabsorbent sheet) containing a water absorbent polymer as the second base sheet 22. .
  • the content of the water-absorbing polymer in the superabsorbent sheet is usually about 10 to 70% by mass with respect to the total mass of the superabsorbent sheet.
  • the basis weight of each of the base material sheets 21 and 22 is preferably independently 10 g / m 2 or more, more preferably 20 g / m 2 or more, and 300 g / m 2 or less. More preferably, it is more preferably 200 g / m 2 or less. Further, the basis weight of the heat generating composition 20 in the heat generating element 2 is preferably 50 g / m 2 or more, more preferably 100 g / m 2 or more, and preferably 2500 g / m 2 or less. More preferably, it is 2000 g / m 2 or less.
  • the heating element 2 manufactured according to the second invention is a disposable body warmer or the like in a state in which it is left as it is or in a state where the entire heating element 2 is covered or enclosed with a packaging material such as a porous sheet having air permeability. Can be used as a heating tool.
  • the heating tool to which the second invention can be applied is the same as the heating tool to which the first invention can be applied.
  • the well-known adhesive may be applied to the outer surface of the packaging material.
  • the above is the description relating to the method for manufacturing the heating element of the second invention, and the heating composition suitably used for manufacturing the heating element of the second invention will be described below.
  • the exothermic composition used for producing the exothermic body of the second invention contains an oxidizable metal, a carbon material and water, and has fluidity.
  • the exothermic composition used for manufacturing the heating element of the second invention contains an oxidizable metal.
  • the oxidizable metal in the present specification refers to a metal that has the property of reacting with oxygen in the air to oxidize and generate heat.
  • Examples of the oxidizable metal include iron, aluminum, zinc, manganese, magnesium, calcium, and the like. One of these may be used alone, or two or more may be mixed and used.
  • the oxidizable metal preferably contains iron as a main component, from the viewpoint of ensuring the reactivity of the oxidation reaction and the fluidity of the exothermic composition,
  • the shape is preferably granular or powdery, and from the viewpoint of suitably obtaining these advantages, it is particularly preferable to use powdered iron, that is, iron powder.
  • the iron powder include reduced iron powder and atomized iron powder.
  • the content of metallic iron in the oxidizable metal is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, The upper limit is preferably 95% by mass or less, and more preferably 90% by mass or less.
  • the content of metallic iron in the oxidizable metal can be measured, for example, by a bromine-methanol dissolution method specified in ISO 5416.
  • the oxidizable metal contained in the exothermic composition preferably has a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more, more preferably 0.4 g / cm 3 or more. It is preferably 5 g / cm 3 or less, more preferably 1.4 g / cm 3 or less.
  • the bulk density of the oxidizable metal is preferably 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, and is 0.4 g / cm 3 or more and 1.4 g / cm 3 or less. It is more preferable.
  • the reaction rate of the oxidation reaction of the oxidizable metal can be improved, and as a result, the heat generation characteristics of the heat generating element can be improved.
  • the bulk density of the oxidizable metal can be measured, for example, using a bulk density measuring instrument (JIS Kasa specific gravity measuring instrument, manufactured by Tsutsui Riken Kikai Co., Ltd.) according to JIS Z 2504: 2012. It can be said that it is a bulky particle, so that the value of bulk density is low.
  • the average particle diameter is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, and the upper limit is It is preferably 150 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the oxidizable metal is preferably 10 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, and more preferably 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the oxidizable metal for example, a volume-based median diameter measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer is used.
  • iron powder for example, LA-950V2 manufactured by HORIBA, Ltd.
  • a standard wet circulation cell is used, and the refractive index of iron powder is 3.5 real parts and imaginary parts.
  • 3.8i using water as the dispersion medium, setting the refractive index to 1.33, setting the circulation speed to 15, stirring to 5, respectively, and measuring the average particle diameter of the iron powder with a volume-based median diameter; Is used.
  • the BET specific surface area of the oxidizable metal contained in the exothermic composition 20 is preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.2 m 2 / g or more, and the upper limit is 50 m. 2 / g or less is preferable, and 40 m 2 / g or less is more preferable.
  • the BET specific surface area of the oxidizable metal can be measured, for example, according to a known BET method.
  • the BET method is a method for measuring the specific surface area of a powder by measuring the amount of adsorption on the powder surface, such as nitrogen or argon.
  • the pore volume of the oxidizable metal contained in the exothermic composition by the mercury intrusion method is in the range of 1 ⁇ m or more, preferably 0.3 cm 3 / g or more, more preferably 0.5 cm 3 / g or more. preferably, also the upper limit, is preferably 4.0 cm 3 / g or less, and more preferably less 3.0 cm 3 / g. Further, the total pore volume of the oxidizable metal is 0.3 cm 3 / g or more on the condition that the pore volume by the mercury intrusion method of the oxidizable metal is in the above specific range within the range of 1 ⁇ m or more.
  • the pore volume of the oxidizable metal by the mercury intrusion method is in such a range, the activity of the oxidation reaction of the oxidizable metal is increased, and the heat generation characteristics of the heating element can be improved.
  • the pore volume by the mercury intrusion method can be measured according to the method of JIS R 1655: 2003, for example.
  • a preferred embodiment of the oxidizable metal used in the second invention which is mainly a powdery oxidizable material containing iron as a main component and satisfying the above-mentioned average particle size, BET specific surface area and pore volume by mercury porosimetry.
  • Metal iron powder for exothermic composition
  • Metal can be produced as follows. For example, using iron ore containing iron (III) oxide as a raw material, this is reduced to a reduced iron using a solid reducing agent in a reduction furnace such as a rotary kiln, and then reduced iron is pulverized with a pulverizer. If necessary, it can be obtained by sieving to a desired particle size.
  • reducing iron when reducing iron is pulverized, it is preferable to reduce the degree of pulverization.
  • a vibration type disc mill for example, product name “RS200” manufactured by Vander Scientific Co., Ltd.
  • the rotational speed is 700 to 1000 rpm. It is preferable to perform pulverization for about 30 seconds.
  • the content of metallic iron in the oxidizable metal can be adjusted by appropriately changing reduction conditions, heat treatment conditions after reduction, and the like.
  • the average particle diameter of the oxidizable metal, the BET specific surface area, and the pore volume by the mercury intrusion method can be adjusted by appropriately adjusting the degree of pulverization in the pulverization treatment.
  • the oxidizable metal as other components, for example, silica (SiO 2 ) is about 3 mass% or less, carbon (C) is about 15 mass% or less, and alumina (Al 2 O 3 ) is 3 mass% or less. It may be contained to the extent.
  • the oxidizable metal reacts with oxygen in the atmosphere at room temperature even during its production, and is inevitably oxidized, so it can contain about 10% by mass or less of oxygen (O).
  • O oxygen
  • the iron powder for a heat generating composition of the first invention described above may be mentioned.
  • the exothermic composition used for manufacturing the heating element of the second invention contains a carbon material.
  • the carbon material contained in the exothermic composition has at least one function of water retention ability, oxygen retention ability, oxygen supply ability, and catalytic ability, and preferably has all these functions.
  • the carbon material having such functions include activated carbon, acetylene black, graphite, graphite, coal, and the like. Among these, one can be used alone or two or more can be used in combination. Among these, it is preferable to use activated carbon as the carbon material from the viewpoint of sufficiently exhibiting water retention ability, oxygen retention ability and oxygen supply ability due to having a high specific surface area.
  • the activated carbon used as the carbon material include powdered and granular materials such as coconut shell charcoal, charcoal powder, and peat charcoal.
  • the content of the carbon material contained in the exothermic composition is preferably 3 parts by mass or more and more preferably 5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the oxidizable metal in the exothermic composition.
  • the upper limit is preferably 30 parts by mass or less, and more preferably 25 parts by mass or less.
  • the exothermic composition used in the production of the heating element of the second invention contains water.
  • Water is used not only for the oxidation reaction of oxidizable metals but also as a refrigerant for cooling the generated heat to an appropriate temperature.
  • an oxidizable metal having a low bulk density, for example, iron powder for a heating composition of the first invention is used as a raw material, moisture is easily retained between voids and raw material particles present in the raw material particles. Therefore, it is necessary to increase the amount of water added during production of the exothermic composition to ensure fluidity suitable for coating.
  • the water content in the exothermic composition is 70 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the oxidizable metal in the exothermic composition from the viewpoint of ensuring the fluidity of the exothermic composition and improving the coating property.
  • the upper limit is preferably 160 parts by mass or less, and more preferably 150 parts by mass or less.
  • the exothermic composition used for producing the heating element of the second invention may further contain a salt.
  • a salt When salt is contained in the exothermic composition, it is dissolved in water.
  • the salt include chlorides such as sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride and magnesium chloride, sulfates such as sodium sulfate and potassium sulfate, phosphates such as trisodium phosphate and tripotassium phosphate, sodium hydroxide And hydroxides such as potassium hydroxide.
  • These salts can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • a halide salt As the halide salt used in the second invention, those usable in the first invention can be used.
  • the content of the salt in the exothermic composition is preferably 2 parts by mass or more, more preferably 3 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the oxidizable metal in the exothermic composition.
  • the upper limit is preferably 30 parts by mass or less, and more preferably 25 parts by mass or less.
  • the exothermic composition may contain other additives as required.
  • the additive include a reaction accelerator intended to retain moisture and supply oxygen, and a thickener and surfactant intended to improve the applicability of the exothermic composition.
  • the reaction accelerator for example, zeolite, pearlite, vermiculite, silica, alumina, titania, sawdust and the like can be contained.
  • Thickeners include, for example, substances that absorb moisture, increase consistency, or impart thixotropic properties, and include polyacrylates such as bentonite, stearate, sodium polyacrylate; gelatin, tragacanth gum, Alginate salts such as locust bean gum, guar gum, gum arabic and sodium alginate; starch-based water absorbents such as pectin, carboxyvinyl polymer, dextrin, pregelatinized starch and starch for processing; polysaccharide thickeners such as carrageenan and agar Cellulose derivative thickeners such as carboxymethyl cellulose, ethyl acetate cellulose, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose and hydroxypropyl cellulose can be used.
  • the surfactant for example, a condensate of aromatic sulfonic acid and formalin, or an anionic surfactant mainly composed of a special carboxylic acid type polymer surfactant can be used.
  • the exothermic composition containing the above components preferably has a viscosity of 3000 mPa ⁇ s or more, more preferably 4000 mPa ⁇ s or more, and an upper limit of 18000 mPa ⁇ s or less, preferably 10,000 mPa ⁇ s. -More preferably, it is s or less. Since the exothermic composition has such a viscosity, the exothermic composition 20 is uniformly applied to a target application position on the base sheet, and the exothermic body 2 having uniform exothermic characteristics is manufactured. Can do.
  • the viscosity of the exothermic composition was measured using a B type viscometer TVB-10 manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. It can be measured under measurement conditions of 4, 6 rpm, 24 ° C. and 60 seconds.
  • the exothermic composition containing such a component is not particularly limited in its production method as long as it contains an oxidizable metal, a carbon material, and water and has fluidity.
  • the oxidizable metal, A carbon material and water can be mixed and produced using a known stirrer.
  • 2nd invention is not restrict
  • the salt spraying device 27 sprays salt on the coated body 4, and the second base sheet 22 can be laminated to produce the heating element 2.
  • the salt spraying device 27 when water is removed by the water absorption roll 31 ⁇ / b> B after the salt has been sprayed, there is a possibility that the salt dissolved in the water may be removed together with the removal of the water. After removing the water, it is preferable to spray the salt in the salt spraying device 27 and further add water to the laminate including the coated body 4 in the water addition unit 320 as necessary.
  • 31 A of drying apparatuses or the water absorption roll 31B are each provided independently, these may be provided with two or more along the conveyance direction R.
  • a plurality of drying devices 31A may be provided, a plurality of water absorption rolls 31B may be provided, or a combination of these may be provided.
  • the water-absorbing sponge made of a water-absorbing material having a shape such as a rectangular shape and the upper surface of the application body 4 (the surface of the application body 4 on the side of the heat generating composition 20) are brought into surface contact with each other. Water may be removed.
  • Pressing pressure when the application body 4 and the water-absorbing material is surface contact is preferably at 2000N / m 2 or more 600000N / m 2 or less, it is 3500 N / m 2 or more 40000N / m 2 or less further preferable.
  • the heating element 2 can be manufactured by removing water.
  • the second base material sheet 22 is stacked to form the stacked body, Thereafter, water is removed from the laminate including the application body 4 in the water removal unit 310, and water may be further added to the laminate including the application body 4 in the water addition unit 320 as necessary. From the viewpoint of simplicity of the manufacturing process, when water is added to the laminate including the coated body 4, it is preferable to add water from the second base sheet 22 side. Even the heat generating element 2 manufactured in this way sufficiently exhibits the heat generation characteristics which are the effects of the second invention.
  • the second invention further discloses the following method for manufacturing a heating element.
  • ⁇ B1> An applied body by applying a heat-generating composition containing an oxidizable metal having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, a carbon material, and water and having fluidity on a base sheet.
  • a heat-generating composition containing an oxidizable metal having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, a carbon material, and water and having fluidity on a base sheet.
  • ⁇ B2> The iron powder for exothermic composition described in ⁇ A1> (iron powder for exothermic composition having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less), a carbon material and water, and flowing An exothermic composition having a property on a base sheet to form a coated body, A method for producing a heating element, wherein water is removed from the application body to adjust the water content of the application body.
  • the content of water in the exothermic composition is preferably 70 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the oxidizable metal or the iron powder for the exothermic composition in the exothermic composition, and 80 parts by mass. More preferably, the upper limit is preferably 160 parts by mass or less, more preferably 150 parts by mass or less, and the method for producing a heating element according to ⁇ B1> or ⁇ B2> .
  • ⁇ B4> Water is removed from the coated body so that the amount of water contained in the coated body after removing water is equal to or less than the amount of water contained in the finally obtained heating element, and then finally obtained.
  • the “less than the amount of water contained in the finally obtained heating element” is preferably 0 parts by mass or more and 110 parts by mass or less, more preferably 0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the oxidizable metal.
  • the manufacturing method of the heating element according to ⁇ B4> which is 100 parts by mass or less.
  • ⁇ B6> The method for producing a heating element according to ⁇ B4> or ⁇ B5>, wherein water is added from the side of the application body on which the exothermic composition is applied.
  • ⁇ B7> The method for producing a heating element according to any one of ⁇ B1> to ⁇ B6>, wherein water is removed from the coated body by drying at 10 to 300 ° C. in an inert gas atmosphere.
  • the drying temperature of the coated body is preferably 10 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or lower, and even more preferably 100 ° C. or lower, ⁇ B7
  • the drying time of the coated body is preferably 2 minutes or more, more preferably 10 minutes or more, and preferably 180 minutes or less, more preferably 120 minutes or less, ⁇ B7 > Or ⁇ B8>.
  • ⁇ B10> The method for producing a heating element according to any one of ⁇ B1> to ⁇ B9>, wherein water is removed from the application body by bringing the application body into contact with the water-absorbing material.
  • ⁇ B11> Supplying the application body between a water-absorbing roll and an auxiliary roll whose peripheral surface is made of the water-absorbing material, bringing the application body into contact with the water-absorbing material, and absorbing and removing water from the application body; The manufacturing method of the heat generating body as described in said ⁇ B10>.
  • the press linear pressure of the water absorbing roll is preferably 0.5 N / m or more, more preferably 1.5 N / m or more, preferably 300 N / m or less, and 50 N / m or less. More preferably, the method for manufacturing a heating element according to ⁇ B11>.
  • ⁇ B13> The method for producing a heating element according to ⁇ B11> or ⁇ B12>, wherein water is removed from the application body by the water absorption roll, and then a halide salt is sprayed on the application body.
  • ⁇ B14> Said coating member, and a water-absorbing sponge comprising the water-absorbing material, thereby preferably 2000N / m 2 or more 600000N / m 2 or less, more preferably surface contact with 3500 N / m 2 or more 40000N / m 2 or less press pressure
  • the manufacturing method of the heat generating body as described in said ⁇ B10> which removes water from this application body.
  • ⁇ B15> Any one of ⁇ B10> to ⁇ B14>, wherein a water-permeable sheet is preferably disposed between the water-absorbing material and the exothermic composition applied on the base sheet.
  • the manufacturing method of the heat generating body as described in any one of.
  • the water content of the coated body as an optimal amount is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 40 parts by mass or more, and preferably 100 parts by mass with respect to the oxidizable metal or the iron powder for the exothermic composition.
  • the basis weight of the exothermic composition in the heating element is preferably 50 g / m 2 or more, more preferably 100 g / m 2 or more, and preferably 2500 g / m 2 or less, 2000 g
  • the oxidizable metal or the iron powder for the exothermic composition contains iron as a main component,
  • the content of metallic iron in the oxidizable metal or the iron powder for exothermic composition is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and the upper limit is 95% by mass. %.
  • the method for producing a heating element according to any one of ⁇ B1> to ⁇ B17>, preferably 90% by mass or less, and more preferably 90% by mass or less.
  • the oxidizable metal or the iron powder for heat-generating composition preferably has a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more, more preferably 0.4 g / cm 3 or more, and the upper limit is 1.5 g / cm 3 or less, more preferably 1.4 g / cm 3 or less, specifically 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less.
  • the method for producing a heating element according to any one of ⁇ B1> to ⁇ B18>, wherein it is preferably 0.4 g / cm 3 or more and more preferably 1.4 g / cm 3 or less.
  • ⁇ B20> Using the oxidizable metal or the iron powder for the exothermic composition in a granular or powder form, The average particle size of the oxidizable metal or the exothermic composition iron powder is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, and the upper limit thereof is preferably 150 ⁇ m or less, 100 ⁇ m.
  • it is preferably 10 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, more preferably 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, according to any one of the above ⁇ B1> to ⁇ B19> A method for manufacturing a heating element.
  • the BET specific surface area of the oxidizable metal or the exothermic composition iron powder is preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.2 m 2 / g or more, and its upper limit is The method for producing a heating element according to any one of ⁇ B1> to ⁇ B20>, preferably 50 m 2 / g or less, more preferably 40 m 2 / g or less.
  • the pore volume of the oxidizable metal or the iron powder for exothermic composition by the mercury intrusion method is in the range of 1 ⁇ m or more, preferably 0.3 cm 3 / g or more, preferably 0.5 cm 3 / g or more.
  • the total pore volume of the powder is preferably 0.3 cm 3 / g or more, more preferably 0.5 cm 3 / g or more, and the upper limit thereof is 4.0 cm 3 / g or less.
  • Example B1 ⁇ Preparation of exothermic composition> An exothermic composition containing an oxidizable metal, a carbon material and water was prepared.
  • the oxidizable metal used here has a bulk density of 0.6 g / cm 3 , an average particle size of 53 ⁇ m, a BET specific surface area of 12 m 2 / g, and a pore volume by mercury intrusion method of 0.9 cm 3 / g of exothermic composition iron powder (iron powder for exothermic composition of the first invention).
  • a superabsorbent sheet having a basis weight of 120 g / m 2 having a size of 5 cm ⁇ 5 cm was superimposed on the upper surface of the coated body 4 as the second base sheet 22 to obtain a laminate.
  • This laminated body was heated at 80 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to remove water from the laminated body including the coated body 4 to be in an absolutely dry state, and then the iron powder 100 for the heating composition from the high absorbent sheet side.
  • a heating element was produced by adding 62 parts by mass of water to parts by mass.
  • the content of sodium chloride sprayed on the coated body 4 was 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the exothermic composition iron powder.
  • the water content in the manufactured heating element was 62 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for the heating composition.
  • the basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 600 g / m 2 .
  • Example B2 In the above ⁇ Production of heating element>, the same as Example B1 except that after drying in a nitrogen atmosphere at 20 ° C. for 20 minutes to remove water from the coated body to make it wet, no water was added. Thus, a heating element was manufactured.
  • the moisture content in the manufactured heating element was 62 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for heating composition.
  • the basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 600 g / m 2 .
  • Example B3 In ⁇ Manufacture of heating element>, after uniformly forming the exothermic composition to form a coated body, instead of removing water by drying, a water absorbing sponge made of polyvinyl alcohol as a water absorbing material (manufactured by Aion Co., Ltd., Berglin D-3) was brought into contact with a press pressure of 7800 N / m 2 to absorb water, and the water was removed from the coated body to make it wet. Next, sodium chloride was uniformly sprayed on the entire top surface of the coated body, and the superabsorbent sheet was stacked on the top surface of the coated body. Except for the above, a heating element was produced in the same manner as in Example B1. The amount of water in the manufactured heating element was 68 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for heating composition. The basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 620 g / m 2 .
  • Example B4 In ⁇ Preparation of Exothermic Composition>, the bulk density is 0.4 g / cm 3 , the average particle diameter is 98 ⁇ m, the BET specific surface area is 26 m 2 / g, and the pore volume by mercury intrusion method is 1.3 cm 3 /
  • the exothermic composition for Example B4 was prepared in the same manner as in Example B1, except that the exothermic composition iron powder of g was used and 154 parts by mass of water was added to 100 parts of the exothermic composition iron powder. Prepared. Then, in the above ⁇ Production of heating element>, Example except that 110 parts by mass of water was added after using the heating composition for Example B4 and removing water from the coated body to make it completely dry.
  • a heating element was produced in the same manner as B1.
  • the moisture content in the manufactured heating element was 110 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for heating composition.
  • the basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 770 g / m 2 .
  • Example B5 In ⁇ Preparation of Exothermic Composition>, the bulk density is 1.5 g / cm 3 , the average particle diameter is 15 ⁇ m, the BET specific surface area is 48 m 2 / g, and the pore volume by mercury intrusion method is 0.3 cm 3 /
  • the exothermic composition for Example B5 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 72 parts by mass of water was added to 100 parts of the exothermic composition iron powder. Prepared.
  • Example except that 110 parts by mass of water was added after using the exothermic composition for Example B5 and removing water from the coated body to make it completely dry.
  • a heating element was produced in the same manner as B1.
  • the moisture content in the manufactured heating element was 110 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for heating composition.
  • the basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 770 g / m 2 .
  • Example B6 In ⁇ Manufacture of heating element>, a heating element was manufactured in the same manner as in Example B1 except that the heating condition of the laminate for removing water from the coated body was 200 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. did. The moisture content in the manufactured heating element was 62 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for heating composition. The basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 600 g / m 2 .
  • Example B7 Pulp paper (Nippon Paper Crecia Co., Ltd., Kay Dry 132-S) is used as a water-absorbing material to remove water from the coated body, and the pulp paper is contacted with the coated body at a press pressure of 11800 N / m 2.
  • a heating element was produced in the same manner as in Example B3 except that the water was absorbed.
  • the water content in the manufactured heating element was 71 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for the heating composition.
  • the basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 630 g / m 2 .
  • Example B1 In the production of the heating element, a heating element was produced in the same manner as in Example B1, except that water was not removed and added. The moisture content in the manufactured heating element was 114 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for the heating composition. The basis weight of the exothermic composition in the manufactured exothermic body was 780 g / m 2 .
  • the heating element produced in each of the examples and comparative examples is composed of a permeable sheet of 6.3 cm ⁇ 6.3 cm on one side and an air permeability of 3500 seconds / 100 mL on one side, and 6.3 cm ⁇ 6.3 cm on the other side.
  • a heating device encapsulating the air-permeable sheet and the superabsorbent sheet of the heating element so as to be in contact with the inside of the packaging material composed of the non-air-permeable sheet, and encapsulating the heating element manufactured in each of the examples and comparative examples.
  • the packaging material is produced by sealing the periphery of the air-permeable sheet and the non-air-permeable sheet.
  • thermometer was arrange
  • the exothermic characteristics were plotted by plotting the change in temperature against time, integrating the region where the temperature exceeded 45 ° C. over time, and calculating the area (K ⁇ min).
  • the heat generation characteristics of the heating tools produced using the heating elements of the examples and comparative examples were evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 2 below.
  • each example uses an iron powder for an exothermic composition (oxidizable metal) having a bulk density in the range of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, and an exothermic composition.
  • the exothermic composition has fluidity because the moisture content (mixed amount of water) of the product was adjusted to the range of 70 to 160 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder for exothermic composition.
  • the paint properties were good.
  • Each example uses iron powder for a heat generating composition having a bulk density in the range of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, and the water content of the coated body is determined by removing water.
  • Comparative Example B2 did not have the fluidity of the exothermic composition and could not produce a heating element.
  • Method for producing iron powder for exothermic composition of third invention that is, iron powder for exothermic composition having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less (iron powder for exothermic composition of first invention) ) Is produced by introducing iron oxide (Fe 2 O 3 ) and a solid reducing agent, which are raw materials, into the inside of the heating furnace and heat-treating them under a predetermined condition to make the inside a reducing gas atmosphere.
  • the iron powder for exothermic composition produced by the production method of the third invention has not only various physical properties but also its external appearance as shown in FIG. 2 (a). As described above, there are many surface layer portions. The fibrous materials are randomly arranged three-dimensionally.
  • iron oxide containing iron (III) oxide as a raw material for reduced iron.
  • iron oxide as a raw material for reduced iron, in addition to iron ore, iron oxide (so-called mill scale) generated on the surface of a steel material during hot working of a steel material such as a steel plate, a steel pipe or a die steel, or a steel manufacturing process
  • Iron oxide powder sino-called spray-roasted powder obtained by spray-drying the pickling waste solution of the pickling line is used, but the iron source in the third invention is iron ore (iron ore particles) or Spray roasted powder is preferred.
  • the iron powder for a heating composition having the fibrous structure described above is stable. Therefore, the desired heat generation characteristics may not be obtained.
  • the iron ore (iron oxide) used in the third invention is particles, that is, iron ore particles.
  • the average particle diameter is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1.0 mm or more, from the viewpoint of workability of the iron ore particles in the reduction step.
  • the average particle diameter is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.02 mm or more, from the viewpoint of workability in the reduction process.
  • the average particle size of iron oxide is preferably 30 mm or less, more preferably. Is 25 mm or less. Since the reduction reaction of iron oxide in the reduction step proceeds from the outside to the inside of the particles, by making the upper limit of the average particle diameter within the above range, the reduction reaction easily proceeds and the reducibility is good.
  • the fibrous structure can be formed satisfactorily.
  • the “average particle size” means 1) a volume-based median size measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device, or 2) a direct measurement of the size of an object to be measured (iron ore particles). It is the arithmetic mean value of the measured values obtained in this way.
  • the volume-based median diameter of 1) is, for example, LA-950V2 manufactured by Horiba, Ltd., using a standard wet circulation cell, with a refractive index of 3.5 and an imaginary part of 3.8i. Water can be used as a medium, the refractive index can be set to 1.33, the circulation speed can be set to 15, and the stirring can be set to 5, respectively.
  • the arithmetic average value of the measured values obtained by the direct measurement in 2) above is calculated by measuring the lengths of the long side and the short side of the particle to be measured using a measuring instrument such as a caliper or a micrometer. More specifically, the longest ferret diameter and the shortest ferret diameter specified in JIS-Z8827-1 are measured and calculated as an arithmetic average value obtained by measuring 20 or more particles.
  • the purity of iron oxide (iron ore particles, spray roasted powder) used in the third invention that is, the mass content of iron (III) oxide in the iron oxide is 90 mass from the viewpoint of reducing properties in the reduction step. % Or more, more preferably 95 mass% or more.
  • the upper limit of the purity of the iron oxide is not particularly limited.
  • the mass content of iron (III) oxide in the spray roasted powder as iron oxide is sulfur. From the viewpoint of content, it is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.6% by mass or less.
  • a solid reducing agent is used as a reducing agent used in combination with iron oxide.
  • the solid reducing agent include carbon-based solid reducing agents, plastics, wood, and the like. One of these can be used alone, or two or more can be used in combination.
  • a carbon-based solid reducing agent for example, coal, coal char, coke, biomass charcoal such as sawdust coal, coconut shell charcoal, wood charcoal, and the like are used alone. Alternatively, two or more kinds can be used in combination. From the viewpoint of more stably producing the iron powder for exothermic composition having the fibrous structure described above (see FIG. 2A), biomass carbon is preferable as the carbon-based solid reducing agent.
  • plastic for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyester such as polylactic acid, and high molecular polymers such as polystyrene, etc. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the plastic as a solid reducing agent can contain inorganic fillers such as talc, silica, calcium carbonate, titanium oxide, and aluminum hydroxide.
  • wood when wood is used as the solid reducing agent, for example, logs, board materials, sawdust, pulp, wood pellets, and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of raw material handling in the reduction step, wood pellets are preferred as the wood as the solid reducing agent.
  • the carbon-based solid reducing agent used in the third invention is preferably a powder, and the average particle size thereof is preferably 0.03 mm or more, more preferably from the viewpoint of workability of the carbon-based solid reducing agent in the reduction step. Is 0.05 mm or more.
  • the average particle size of the solid reducing agent is preferably 100 mm or less, more preferably 80 mm or less.
  • the solid reducing agent can be used by forming a powder by a method such as compression molding.
  • the carbon content of the carbon-based solid reducing agent is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass with respect to the total mass of the solid reducing agent. % Or more. If the carbon content of the carbon-based solid reducing agent is too small, the reduction of iron oxide (iron ore, spray roasted powder) may be insufficient.
  • the upper limit of the carbon content of the carbon-based solid reducing agent is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, in relation to the volatile component described later.
  • the carbon content of the carbon-based solid reducing agent is measured in accordance with the method for measuring the fixed carbon content of coal and cokes specified in JIS M8812.
  • the volatile component content of the solid reducing agent (carbon-based solid reducing agent, plastic, wood) used in the third invention is 10% by mass or more, preferably 15% by mass or more with respect to the total mass of the solid reducing agent. It is.
  • the volatile component content referred to here is the total content of components that volatilize from the solid reducing agent when the solid reducing agent is heated.
  • the upper limit of the volatile component content of the carbon-based solid reducing agent is preferably 50% by mass or less, more preferably from the relationship with the carbon content described above. It is 40 mass% or less.
  • the volatile component content of the solid reducing agent is measured in accordance with a method for determining the volatile content of coal and coke as defined in JIS M8812.
  • the sulfur content of the solid reducing agent (carbon solid reducing agent, plastic, wood) used in the third invention is preferably 500 ppm or less, more preferably 400 ppm or less, with respect to the total mass of the solid reducing agent. Ideally zero.
  • sulfur is contained in the solid reducing agent, sulfur gas derived from the solid reducing agent is generated inside the heating furnace in the reduction step, which may cause corrosion of manufacturing equipment including the heating furnace.
  • the sulfur content of the solid reducing agent is 500 ppm or less, the inside of the heating furnace is in an atmosphere that does not substantially contain sulfur gas, so that corrosion of manufacturing equipment including the heating furnace is unlikely to occur.
  • iron oxide iron ore, spray roasted powder
  • solid reducing agent carbon solid reducing agent, plastic, wood
  • heat treatment method a method usually used for the production of sponge iron can be used as appropriate.
  • a heat-resistant container called a sagar is filled with iron oxide and a solid reducing agent, and the heat-resistant container is heated in a heating furnace. Indirect heating is used.
  • iron oxide iron ore, spray roasted powder
  • solid reducing agent carbon-based solid reducing agent, plastic, wood
  • the mass ratio of iron oxide to solid reducing agent in such a mixture is preferably 1 or more, more preferably 1.5 or more, and preferably 18 or less, more preferably 9 or less, as iron oxide / solid reducing agent. It is.
  • the reduction process is performed using a heating furnace.
  • a heating furnace usually used for the production of sponge iron can be used without particular limitation, and it may be a rotary furnace or a non-rotating fixed furnace.
  • the heating furnace may be an internal combustion type in which the raw material (iron oxide, solid reducing agent) and a heating medium such as a fuel gas are directly contacted, that is, the raw material is directly heated, or the raw material and the heating medium are not in direct contact.
  • an external combustion type in which the furnace wall defining the inside of the heating furnace into which the raw material is introduced is heated from the outside with a heating medium, that is, the raw material is indirectly heated by heat transfer through the furnace wall.
  • the rotary furnace include an internal combustion type or an external combustion type rotary kiln.
  • the internal combustion type rotary kiln includes, for example, a type in which the fuel gas sent into the heating furnace is burned and the raw material is heated with the combustion heat, and a type in which the raw material is heated with the hot gas blown into the heating furnace .
  • the raw material directly contacts a heating medium such as combustion gas, hot gas, etc., so that dust or the like contained in the heating medium may be mixed into the raw material and reduce the quality of the product. Concerned.
  • the external combustion type heating furnace has lower thermal efficiency than the internal combustion type because the raw material does not come into contact with the heating medium, but there is no risk of quality deterioration due to mixing of dust or the like. From the viewpoint of more stably producing the iron powder for exothermic composition having the fibrous structure described above (see FIG. 2A), it is preferable to perform heat treatment using an external combustion type fixed furnace or rotary furnace. .
  • the inside of the heating furnace into which the raw materials (iron oxide and solid reducing agent) are introduced needs to be an atmosphere or an inert gas atmosphere that does not contain sulfur gas. If sulfur gas is present inside the heating furnace, it may cause corrosion of manufacturing equipment including the heating furnace.
  • the term “not containing sulfur gas” means that the concentration of sulfur gas in the heating furnace is preferably 500 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, based on the total volume inside the furnace. Means state. Therefore, in the third invention, sulfur gas is not introduced into the heating furnace, and it is preferable to use a raw material having as little sulfur content as possible.
  • a raw material (iron oxide, solid reducing agent) is introduced into the inside of a heating furnace that does not contain sulfur gas and is in the atmosphere or an inert gas atmosphere, and the atmosphere temperature in the inside is 900 ° C. It heat-processes on the conditions which become 1000 degreeC or less above, this inside is made into a reducing gas atmosphere, iron oxide is reduced, and reduced iron (sponge iron) is obtained.
  • the inside of the furnace is an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen, but as the raw material temperature rises, the solid reducing agent (carbon-based solid reducing agent, plastic, wood) decomposes.
  • the “reducing gas atmosphere” referred to here is an atmosphere containing carbon monoxide, hydrogen, hydrocarbon gas (methane, ethane, propane, etc.) and the like.
  • carbon monoxide reduces iron oxide (iron ore, spray roasted powder) to produce reduced iron (Fe).
  • iron oxide iron ore, spray roasted powder
  • carbon dioxide is generated, and the carbon dioxide reacts with the solid reducing agent to become carbon monoxide.
  • the carbon monoxide diffuses into the heating furnace to reduce iron oxide.
  • the iron powder for a heat generating composition having the fibrous structure described above is manufactured. It becomes difficult.
  • the atmospheric temperature inside the heating furnace during the heat treatment is preferably 910 ° C. or higher, more preferably 920 ° C. or higher, and preferably 995 ° C. or lower, more preferably 990 ° C. or lower.
  • the heat treatment time of the reduction step (the time during which the atmospheric temperature is maintained at 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less) is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more, and preferably 8 hours or less, more preferably Is 6 hours or less.
  • the total content of carbon monoxide and carbon dioxide in the reducing gas atmosphere is preferably as much as possible, preferably 50% by volume or more, more preferably 60 volumes. % Or more.
  • the total content of carbon monoxide and carbon dioxide in the reducing gas atmosphere can be adjusted by appropriately adjusting the amount of solid reducing agent used, purge gas, and the like.
  • the reduction step it is preferable to introduce oxygen in an amount corresponding to 1.5% by mass or less of the iron oxide inside the heating furnace during the heat treatment.
  • the reduction reaction of iron oxide is an endothermic reaction.
  • a temperature difference occurs between the inside and outside of the heating furnace with the progress of the reduction reaction.
  • the introduced oxygen burns the carbon in the solid reducing agent to generate combustion heat, so the amount of heat lost by the reduction reaction is burned. It is compensated with heat and, as a result, such concerns are dispelled.
  • the amount of oxygen introduced into the inside of the heating furnace can be supplemented and iron oxide can be sufficiently reduced. Moreover, reoxidation of the reduced iron oxide can be prevented by setting the amount of oxygen introduced into the inside of the heating furnace within the above range with an amount that is not too small.
  • the reference for the amount of oxygen introduced is the content of iron oxide in the iron source (iron ore, spray roasted powder) introduced into the heating furnace.
  • the reduced iron obtained by the reduction step is subjected to a beneficiation treatment as necessary and then pulverized (pulverization step).
  • the beneficiation process is a process for selecting reduced iron having a high purity of metallic iron, and a known method can be used without particular limitation.
  • magnetic metallic iron and non-magnetic components can be magnetically combined. (Method of magnetic separation) can be exemplified.
  • the method of pulverizing the reduced iron is not particularly limited, and a known method can be employed.
  • a known pulverizer such as a rod mill, a roll crusher, or a ball mill may be used.
  • the fibrous structure of the reduced iron immediately after the reduction is maintained as much as possible.
  • the powder is pulverized as it is, and for that purpose, it is preferable to make the degree of pulverization of the reduced iron weaker than before.
  • a vibrating rod mill for example, product name “MB-1” manufactured by Chuo Kako Co., Ltd.
  • MB-1 product name “MB-1” manufactured by Chuo Kako Co., Ltd.
  • iron powder of the third invention In the production of the preferred exothermic composition iron powder of the third invention, while the pulverization treatment is carried out for about 8 to 12 minutes, a vibrating disc mill (for example, Using Virder Scientific Co., Ltd. (trade name “RS200”), pulverization is performed at a rotational speed of 700 to 1000 rpm for about 5 to 30 seconds.
  • a vibrating disc mill for example, Using Virder Scientific Co., Ltd. (trade name “RS200”)
  • pulverization is performed at a rotational speed of 700 to 1000 rpm for about 5 to 30 seconds.
  • the iron powder obtained through the pulverization step is sieved to a desired particle size as necessary, and further subjected to heat treatment to become an iron powder for a heat generating composition.
  • FIG. 1 shows a heating tool 1 that is an embodiment of a heating tool using iron powder for a heating composition manufactured by the manufacturing method of the third invention.
  • the heating tool 1 is as described above, and the description of the first invention is applied as appropriate unless otherwise specified.
  • the average particle size of the iron powder for a heat generating composition produced by the production method of the third invention is preferably 30 ⁇ m or more, more preferably 40 ⁇ m or more, and preferably 150 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the iron powder for the exothermic composition can be adjusted by appropriately adjusting the degree of pulverization in the pulverization step described above.
  • the iron powder for a heat generating composition produced by the production method of the third invention preferably has a metal iron content of 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and preferably 95% by mass or less. Preferably it is 90 mass% or less.
  • the content of metallic iron in the exothermic composition iron powder is within such a range, so that the above-described effects (the effect of improving the exothermic characteristics and handling properties of the exothermic composition or the heating element) are more reliably exhibited. Become.
  • the content of metallic iron in the iron powder is measured by, for example, a bromine-methanol dissolution method defined in ISO 5416. Adjustment of the content of metallic iron in the iron powder can be carried out by appropriately adjusting reduction conditions, heat treatment conditions after reduction, and the like.
  • ⁇ C1> A method for producing the iron powder for exothermic composition according to ⁇ A1> (iron powder for exothermic composition having a bulk density of 0.3 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less), Iron oxide and a solid reducing agent having a volatile component content of 10% by mass or more are introduced into the inside of the heating furnace which is not air containing sulfur gas and is an atmosphere or inert gas atmosphere.
  • a method for producing iron powder for a heat generating composition the method comprising pulverizing the reduced iron.
  • ⁇ C2> The method for producing iron powder for exothermic composition according to ⁇ C1>, wherein the iron oxide and the solid reducing agent are mixed in a powder state, and the mixture is heat-treated in the reduction step.
  • the solid reducing agent is a carbon-based solid reducing agent, the average particle diameter of the carbon-based solid reducing agent is 0.03 mm or more and 100 mm or less, the carbon content is 50 mass% or more, and the sulfur content is 500 ppm or less.
  • the solid reducing agent is a carbon-based solid reducing agent, and the carbon content of the carbon-based solid reducing agent is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, based on the total mass of the solid reducing agent.
  • the solid reducing agent is a carbon-based solid reducing agent, and the sulfur content of the carbon-based solid reducing agent is preferably 500 ppm or less, more preferably 400 ppm or less, based on the total mass of the solid reducing agent.
  • ⁇ C7> The method for producing iron powder for a heat generating composition according to ⁇ C1> or ⁇ C2>, wherein the solid reducing agent is plastic.
  • ⁇ C8> The method for producing iron powder for a heat generating composition according to ⁇ C1> or ⁇ C2>, wherein the solid reducing agent is wood.
  • the iron oxide is iron ore, and the average particle diameter of the iron ore is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1.0 mm or more, and preferably 30 mm or less, more preferably 25 mm or less, specifically
  • the method for producing iron powder for a heat generating composition according to any one of ⁇ C1> to ⁇ C8>, preferably 0.5 mm to 30 mm, and more preferably 1.0 mm to 25 mm.
  • the iron oxide is spray roasted powder, and the average particle size of the spray roasted powder is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.02 mm or more, and preferably 30 mm or less, more preferably 25 mm or less, Specifically, the method for producing the iron powder for a heat generating composition according to any one of the above ⁇ C1> to ⁇ C8>, preferably 0.01 mm to 30 mm, more preferably 0.02 mm to 25 mm. .
  • ⁇ C11> The ⁇ C1> to ⁇ C10> according to any one of ⁇ C1> to ⁇ C10>, wherein in the reduction step, an amount of oxygen corresponding to 1.5% by mass or less of the iron oxide in the heating furnace is introduced into the heating furnace.
  • Manufacturing method of iron powder for exothermic composition ⁇ C12>
  • the total content of carbon monoxide and carbon dioxide in the reducing gas atmosphere is preferably 50% by volume or more, more preferably 60% by volume or more, according to any one of ⁇ C1> to ⁇ C11>. Manufacturing method of iron powder for exothermic composition.
  • ⁇ C13> Any one of the above ⁇ C1> to ⁇ C12>, wherein the heating furnace is an external combustion type fixed furnace or a rotary furnace in which a heat treatment target inside the heating furnace is heated by heat transfer through a furnace wall
  • the heating furnace is an external combustion type fixed furnace or a rotary furnace in which a heat treatment target inside the heating furnace is heated by heat transfer through a furnace wall
  • the content of metallic iron in the iron powder for exothermic composition is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, specifically Is preferably 60% by mass or more and 95% by mass or less, and more preferably 70% by mass or more and 90% by mass or less, wherein the iron powder for a heat generating composition according to any one of the above ⁇ C1> to ⁇ C13> is produced.
  • Method. ⁇ C15> ⁇ C1> to ⁇ C14> wherein the atmospheric temperature inside the heating furnace during the heat treatment is preferably 910 ° C. or higher, more preferably 920 ° C. or higher, and preferably 995 ° C.
  • the heat treatment time of the reduction step that is, the time during which the atmospheric temperature is maintained at 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more, and preferably 8 hours or less, more preferably
  • ⁇ C17> In the step of pulverizing the reduced iron, 0.1 kg of reduced iron is pulverized for about 5 to 30 seconds at a rotational speed of 700 to 1000 rpm using a vibrating disc mill. ⁇ C1> to ⁇ The manufacturing method of the iron powder for exothermic compositions of any one of C16>.
  • Examples C1 to C4, C7 to C10 and Comparative Examples C1 to C6 Iron ore (Fe 2 O 3 : 96.4% by mass, SiO 2 : 2.0% by mass, Al 2 O 3 : 1.6% by mass, average particle diameter 20 mm) was used as the iron source.
  • Fe 2 O 3 96.4% by mass
  • SiO 2 2.0% by mass
  • Al 2 O 3 1.6% by mass, average particle diameter 20 mm
  • 70 g of an iron source and 30 g of a solid reducing agent are shaken and mixed to obtain a mixture.
  • the mixture is made of SUS303 having an inner diameter of 100 mm and a length of 110 mm.
  • a heat-resistant container In a heat-resistant container.
  • the container filled with the mixture was left inside the heating furnace, and the container was heat-treated to heat the iron source.
  • Reduction treatment was performed to obtain reduced iron (reduction process).
  • the heat treatment was performed by raising the temperature from room temperature to a predetermined temperature at 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, holding the predetermined temperature for 2.5 hours, and then gradually cooling to room temperature. Further, a predetermined amount of oxygen was introduced into the heating furnace during the heat treatment.
  • the reduced iron is taken out from the container, and coarse iron powder is obtained by grinding for 10 seconds at a rotation speed of 700 rpm using a vibrating disc mill (manufactured by Vder Scientific, RS200, SUS standard grinding set). (Grinding step).
  • the obtained coarse iron powder was screened for 5 minutes with a low-tap tester (Yoshida Seisakusho 1038-A) using a test sieve (JTS-250-60-37 manufactured by Tokyo Screen Co., Ltd.) having an opening of 250 ⁇ m.
  • the coarse powder was removed, and the target iron powder for a heat generating composition was obtained.
  • the solid reducing agents used are all carbon-based solid reducing agents, and the details are as follows.
  • Solid reducing agent A Coconut shell charcoal (average particle size 0.05 mm, carbon content 78% by mass, volatile component content 15% by mass, sulfur content 300 ppm)
  • Solid reducing agent B sawdust charcoal (average particle size 0.15 mm, carbon content 77 mass%, volatile component content 21 mass%, sulfur content 50 ppm)
  • Solid reducing agent C wood charcoal (average particle size 0.2 mm, carbon content 74 mass%, volatile component content 25 mass%, sulfur content 40 ppm)
  • Solid reducing agent D Char (average particle diameter 20 mm, carbon content 85 mass%, volatile component content 9 mass%, sulfur content 2500 ppm)
  • Solid reducing agent E Coke (average particle size 0.05 mm, carbon content 90 mass%, volatile component content 3 mass%, sulfur content 4600 ppm)
  • Example C5 Example except that iron ore (Fe 2 O 3 : 96.4% by mass, SiO 2 : 2.0% by mass, Al 2 O 3 : 1.6% by mass, average particle diameter 10 mm) was used as an iron source
  • the iron powder for exothermic composition was obtained like C1.
  • Example C6 Except for using iron ore (Fe 2 O 3 : 96.4% by mass, SiO 2 : 2.0% by mass, Al 2 O 3 : 1.6% by mass, average particle size 0.5 mm) as an iron source, An iron powder for a heat generating composition was obtained in the same manner as in Example C1.
  • Example C11 13.3 kg of iron source, 5.7 kg of solid reducing agent B as a solid reducing agent, introduced into a batch type rotary furnace (inner diameter 300 mm, heating zone length 1000 mm, manufactured by SUS310S), and heat treatment at an air flow rate of 1 L / min Example except that the temperature was raised from room temperature to a predetermined temperature at 10 ° C./min, maintained at the predetermined temperature for 2.5 hours at an air flow rate of 0 L / min, and subjected to heat treatment (reduction treatment) by gradually cooling to room temperature.
  • the iron powder for exothermic composition was obtained like C1.
  • Example C12 Spray roasted powder (JC-DS, manufactured by JFE Chemical Co., Ltd.) as an iron source, and plastic as a solid reducing agent (solid reducing agent F: polyethylene (Novatech LD, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., volatile component content 100% by mass))
  • solid reducing agent F polyethylene (Novatech LD, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., volatile component content 100% by mass)
  • the temperature is raised from room temperature to a predetermined temperature at 25 ° C./min, maintained for 3.5 hours, and oxygen is introduced into the heating furnace during the heat treatment. Except that was not introduced, iron powder for exothermic composition was obtained in the same manner as in Example C1.
  • Example C13 An iron powder for a heat generating composition was obtained in the same manner as in Example C12 except that plastic (solid reducing agent G: polypropylene (MF650Y, manufactured by Lyondell Basell, volatile component content: 100% by mass)) was used as the solid reducing agent. It was.
  • plastic solid reducing agent G: polypropylene (MF650Y, manufactured by Lyondell Basell, volatile component content: 100% by mass)
  • Example C14 Except for using 30 g of the solid reducing agent F and 10 g of the solid reducing agent A as the solid reducing agent and introducing a predetermined amount of oxygen into the heating furnace during the heat treatment, the iron powder for the exothermic composition was prepared in the same manner as in Example C12. Obtained.
  • Example C15 70 g of iron ore is used as the iron source, and 60 g of wood is used as the solid reducing agent (solid reducing agent H: wood pellets, urinal cat toilet deodorant / antibacterial pine sand, manufactured by Iris Ohyama Co., Ltd., volatile component content 86% by mass)
  • solid reducing agent H wood pellets, urinal cat toilet deodorant / antibacterial pine sand, manufactured by Iris Ohyama Co., Ltd., volatile component content 86% by mass
  • An iron powder for a heat generating composition was obtained in the same manner as in Example C12 except that the powder was held at a predetermined temperature for 3.5 hours.
  • Example C16 Exothermic iron powder for exothermic compositions was obtained in the same manner as in Example C14 except that 70 g of iron ore was used as the iron source and 60 g of plastic (solid reducing agent G) was used as the solid reducing agent.
  • a coating material was prepared using the iron powder of each Example and Comparative Example.
  • the composition of the coating was 100 parts by mass of iron powder, 8 parts by mass of carbon material (activated carbon), 0.3 parts by mass of thickener (guar gum), 60 parts by mass of water, and 5 parts by mass of electrolyte (sodium chloride).
  • the coating material was prepared by first mixing the iron powder and the carbon material, adding a mixture of water and a thickener to the mixture, and mixing them uniformly.
  • a heating element having the same configuration as that of the heating element 2 shown in FIG. 1C was manufactured using the paint prepared using the iron powders of the examples and comparative examples.
  • a paper made of wood pulp fibers having a basis weight of 70 g / m 2 having a basis weight of 5 cm ⁇ 5 cm was used as the base sheet 21, and the following superabsorbent sheet having a basis weight of 80 g / m 2 having a basis weight of 5 cm ⁇ 5 cm was used.
  • a coating layer is formed on one surface of the base sheet 21 to form a coating layer, and a halide salt powder (sodium chloride) is uniformly added to the entire coating layer.
  • a heating element having the same configuration as that of the heating element 2 was manufactured by stacking 22 layers.
  • the content of the halide salt in the exothermic composition was 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the iron powder in the exothermic composition.
  • the basis weight of the exothermic composition in the heating element was 587 g / m 2 .
  • the super absorbent sheet used as the base sheet 22 was produced according to the method described in the specification of Japanese Patent No. 5894747.
  • sodium polyacrylate-based superabsorbent polymer particles are mainly present in the central region in the thickness direction of the sheet, and the particles are substantially present on the surface of the sheet.
  • This is a single sheet having an unstructured structure.
  • the superabsorbent sheet has a layer of hydrophilic cross-linked bulky cellulose fibers on the front and back sides of the site where the superabsorbent polymer particles are present.
  • the crosslinked bulky cellulose fiber had a fiber roughness of 0.22 mg / m and an average fiber length of 2.5 mm.
  • the layer of crosslinked bulky cellulose fibers further contained softwood bleached kraft pulp and a paper strength enhancer (polyvinyl alcohol).
  • Superabsorbent polymer particles having an average particle size of 340 ⁇ m were used.
  • the basis weight of the superabsorbent polymer particles was 30 g / m 2
  • the basis weight of the superabsorbent sheet, that is, the base sheet 22 was 80 g / m 2 .
  • the storage stability of the paint was evaluated by comparing the solid content immediately after preparation of the paint with the solid content after standing for 24 hours immediately after preparation of the paint.
  • the solid content of the paint was evaluated by heating and removing the water content of the paint and measuring the residual mass. For example, using a moisture meter HR83 manufactured by METTLER TOLEDO, 1 g of the paint was dried at 120 ° C. for 30 minutes, and the residual mass was measured. With respect to the solid content immediately after the preparation, the solid content after standing for 24 hours was not changed to Good (the highest evaluation), and the solid content that was changed by 2% or more after 24 hours was determined to be NG.
  • the storage stability of the paint is closely related to the handleability, and the paint having a high storage stability can be evaluated as having excellent handleability, being easy to handle and having excellent coating suitability.
  • a heating tool having the same configuration as that of the heating tool 1 shown in FIG. 1 was produced using the heating elements manufactured in the examples and comparative examples.
  • a wrapping material surrounding the heating element a covering sheet disposed on one side of the heating element is made of a permeable sheet of 6.3 cm ⁇ 6.3 cm and an air permeability of 3500 seconds / 100 mL.
  • a packaging material made of a non-permeable sheet of 6.3 cm ⁇ 6.3 cm was used as the covering sheet disposed on the surface side.
  • the heating element to be evaluated is accommodated so that the air-permeable sheet of the packaging material and the superabsorbent sheet of the heating element are in contact with each other, and the periphery of both coated sheets is sealed.
  • a heating tool including the heating element was produced. Evaluation of the heat generation characteristics of the heating tools using the heating elements of the examples and comparative examples thus produced was performed according to the method of JIS S 4100: 2007. Specifically, the heating tool to be evaluated was housed in a needle punched nonwoven fabric bag having a basis weight of 100 g / m 2 , and the bag was placed directly on the upper surface of a constant temperature bath at 40 ° C. to evaluate the heat generation characteristics.
  • This bag is formed into a bag shape by sealing three sides of a needle punched nonwoven fabric having a square shape in plan view.
  • the thermometer used for temperature measurement was disposed between the heating tool and the upper surface of the thermostatic chamber, that is, the mounting surface of the heating tool, and the base sheet 21 was disposed to face the thermometer.
  • the temperature characteristics of the heating element are expressed by plotting the change in temperature against time. The region where the temperature exceeds 45 ° C is integrated over time, and the area (K ⁇ min) is compared. Good (highest evaluation) was set to NG.
  • an iron powder for a heat generating composition and a heat generating composition that are excellent in heat generation characteristics and handling properties are provided.
  • the third invention it is possible to efficiently produce iron powder for a heat generating composition that is excellent in heat generation characteristics and handling properties.

Abstract

本発明の発熱組成物用鉄粉は、かさ密度が0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下である。また、本発明の発熱組成物は、前記鉄粉、炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水を含有する。また、本発明の発熱体の製造方法は、前記鉄粉、炭素材料及び水を含有し、且つ流動性を有する発熱組成物を基材シート上に塗布して塗布体を形成し、該塗布体から水を除去して、該塗布体の水分量を調整する。また本発明は、前記鉄粉(発熱組成物用鉄粉)の製造方法であり、酸化鉄を還元して還元鉄を得る還元工程と、該還元鉄を粉砕する工程とを有する。前記還元工程は、内部が硫黄ガスを含まない、大気又は不活性ガス雰囲気とされた加熱炉の該内部に、酸化鉄と、揮発成分含有量が10質量%以上である固体還元剤とを導入し、該内部の雰囲気温度が900℃以上1000℃以下となる条件で熱処理して該内部を還元性ガス雰囲気にすることで、該酸化鉄を還元する。

Description

発熱組成物用鉄粉及びその製造方法、並びに該鉄粉を用いた発熱組成物及び発熱体の製造方法
 本発明は、発熱組成物用鉄粉及びその製造方法、並びに該鉄粉を用いた発熱組成物及び発熱体の製造方法に関する。
 従来、通気性を有する包材内に発熱体を封入した発熱具が、使い捨てカイロなどとして、人体に温熱を付与するために広く利用されている。このような発熱体は、それに含有されている鉄粉の酸化反応によって生じる反応熱を利用して発熱するが、単に鉄粉と大気中の酸素だけでは発熱温度や発熱の持続性が充分でないことから、一般には、発熱体には、鉄粉に加えてさらに、食塩や水等の反応助剤や、さらにこれらの物質を担持する、活性炭、吸水性ポリマー等の保水剤が含有される。特許文献1には、このような組成を有しインキ状ないしクリーム状に粘稠化させた発熱組成物を、フィルム状ないしシート状の基材に塗工する工程を経て、発熱体を製造することが記載されている。
 使い捨てカイロの如き発熱体を利用した製品においては、発熱開始初期の昇温速度が高く、開封後速やかに昇温することが要求され、さらに一定温度に達した後は長時間安定して発熱し、その一定温度の状態が継続することが必要とされる。発熱体の発熱特性は、特に鉄粉自体の特性に大きく左右されるため、このような要求に対しては、活性の高い鉄粉を使用すればよいとされている。特許文献2には、発熱体における鉄粉の酸化反応効率を向上させるために、活性炭に適量の水分を含有させたものを鉄粉と混合することが記載されている。また、特許文献2の段落〔0020〕には、鉄粉の見かけ密度を1.5~3.5Mg/mの範囲とすることが好ましい旨記載され、斯かる好ましい範囲の下限値を1.5Mg/mとした理由として、鉄粉の見かけ密度がこれよりも低くなると、嵩が増加してカイロの小型化が達成できないためとされている。
 特許文献3には、見かけ密度が0.5~1.5g/ccの低密度還元鉄粉が、高成形性を要求される複雑形状の焼結部品用途や、低加圧力で成形する摩擦材用焼結部品用途など、圧縮性や成形性が要求される成形用途に有用である旨記載されている。また特許文献3には、この低密度還元鉄粉が、鉄鉱石の微粉体を950~1150℃の温度範囲で還元して還元鉄を得、該還元鉄を粉砕する工程を経て製造されることが記載されている。なお、鉄粉に関して特許文献3に記載されているのは、成形品用途のみであり、発熱組成物用途については何等記載されていない。
 特許文献4には、繊維状構造を持ち、動力運搬機に利用されるブレーキ、継手等の摩擦ライニングの製造に好適な鉄粉の製造方法として、鉄鉱石を750~1200℃の温度範囲で還元性ガス雰囲気中にて還元する際に、その還元性ガス雰囲気中の一酸化炭素に対するガス状硫黄化合物の濃度を所定範囲に維持する方法が記載されており、また、このようにガス状硫黄化合物の濃度を一定に保つための方法として、ガス状硫黄化合物を外部から導入する方法、還元すべき酸化鉄に固体状硫黄化合物を添加する方法が記載されている。また特許文献5には、特許文献4記載の鉄粉と同様に繊維状構造を持つ鉄粉の他の製造方法として、酸洗廃液から噴霧焙焼によって得られた微粒酸化鉄を、800~1000℃の温度範囲で、なるべく二酸化硫黄を含まない一酸化炭素雰囲気中にて還元する工程を有するものが記載されている。
米国特許第6436128号明細書 特開2001-254101号公報 特開昭52-24247号公報 米国特許第4213777号明細書 米国特許第3975186号明細書
 本発明(第1発明)は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉である。
 また本発明(第1発明)は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の鉄粉、炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水を含有する発熱組成物である。
 また本発明(第1発明)は、前記の第1発明の発熱組成物を含む発熱体である。また本発明(第1発明)は、前記の第1発明の発熱組成物用鉄粉の発熱体への使用である。
 また本発明(第2発明)は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉(第1発明の発熱組成物用鉄粉)、炭素材料及び水を含有し、且つ流動性を有する発熱組成物を基材シート上に塗布して塗布体を形成する、発熱体の製造方法である。第2発明においては、前記塗布体から水を除去して、該塗布体の水分量を調整する。
 また本発明(第3発明)は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉(第1発明の発熱組成物用鉄粉)の製造方法である。第3発明は、内部が硫黄ガスを含まない、大気又は不活性ガス雰囲気とされた加熱炉の該内部に、酸化鉄と、揮発成分含有量が10質量%以上である固体還元剤とを導入し、該内部の雰囲気温度が900℃以上1000℃以下となる条件で熱処理して該内部を還元性ガス雰囲気にし、該酸化鉄を還元して還元鉄を得る還元工程と、前記還元鉄を粉砕する工程とを有する。
図1は、本発明(第1発明)が適用可能な発熱具の一実施形態の模式図であり、図1(a)は、該発熱具の平面図、図1(b)は、図1(a)のI-I線断面図、図1(c)は、図1(b)に示す発熱具における発熱体を拡大して示す断面の模式図である。なお、図1の発熱具は、本発明(第3発明)の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉を用いた発熱具の一実施形態でもある。また、図1(c)は、本発明(第2発明)によって製造された発熱体の断面の模式図でもある。 図2(a)は、本発明(第1発明)の発熱組成物用鉄粉の一例の電子顕微鏡写真(1000倍)、図2(b)は、従来の発熱組成物用鉄粉の一例の電子顕微鏡写真(1000倍)である。図2(a)の電子顕微鏡写真は、本発明(第3発明)の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉の一例の電子顕微鏡写真(1000倍)でもある。 図3は、本発明(第2発明)に好適に用いられる製造装置を示す模式図である。 図4は、図3に示す製造装置の別の実施形態を示す模式図である。
発明の詳細な説明
 発熱組成物用鉄粉には、発熱特性に優れることに加えてさらに、ハンドリング性に優れることも要求される。発熱組成物用鉄粉がハンドリング性に優れるものであると、これに活性炭、水などを加えて塗工可能な流動性を有する塗料とした場合に、該塗料の保存安定性に優れ、発熱組成物用鉄粉の沈降、該塗料の粘度増大やゲル化などの不都合が生じ難いため、発熱体を効率よく製造することができる。しかしながら、発熱特性及びハンドリング性が高いレベルで両立した発熱組成物用鉄粉及び発熱組成物は未だ提供されていない。
 したがって第1発明は、発熱特性及びハンドリング性に優れる発熱組成物用鉄粉及び発熱組成物に関する。
 また第3発明は、発熱特性及びハンドリング性に優れる発熱組成物用鉄粉を効率よく製造することができる発熱組成物用鉄粉の製造方法に関する。
 また、発熱体の製造において、かさ密度が低い発熱組成物用鉄粉(第1発明の発熱組成物用鉄粉)などの原料を使用する場合には、水分が原料粒子内に存在する空隙や原料粒子間に保持されやすくなってしまうので、添加する水分量を通常より多くして、流動性を有する発熱組成物を形成する必要がある。
 発熱組成物の流動性を向上させるために発熱組成物に添加する水分量を多くすると、基材への発熱組成物の塗工性は向上する。しかしながら、発熱組成物用鉄粉と空気との接触に起因した酸化反応(発熱反応)が過剰な水分によって抑制され、さらには発熱体の熱容量増加に伴い温度上昇に必要な熱量が増加し、発熱体の発熱特性が低下してしまう。
 したがって、第2発明の課題は、かさ密度が低い発熱組成物用鉄粉を含有し、発熱特性に優れる発熱体の製造方法を提供することに関する。
 第1発明の発熱組成物用鉄粉は、発熱組成物の材料として使用される。発熱組成物は、鉄粉(被酸化性金属)と空気中の酸素との酸化反応に伴う発熱を利用して発熱するものであり、典型的には、使い捨てカイロなどの発熱具における発熱体として使用される。第1発明が適用可能な発熱具は、人体に直接適用されるか、又は衣類に適用されて、人体の加温に好適に用いられる。人体における適用部位としては例えば肩、首、顔、目、腰、肘、膝、太腿、下腿、腹、下腹部、手、足裏等が挙げられる。また、第1発明が適用可能な発熱具は、人体の他に、各種の物品に適用されてその加温や保温等にも好適に用いられる。
 以下、第1発明の発熱組成物及び鉄粉を、その好ましい実施形態に基づき、図面を参照しながら説明する。
 図1には、第1発明が適用可能な発熱具の一実施形態である発熱具1が示されている。発熱具1は、図1(a)に示すように、発熱体2と、該発熱体2を包囲する包材3とを含んで構成されている。発熱体2は、発熱具1において熱を生じさせる部材であり、第1発明の発熱組成物用鉄粉を含む、発熱組成物20を含んで構成されている。包材3は、発熱体2の全体を包囲し、発熱具1の外面をなす部材であり、その一部又は全体に通気性を有する。発熱具1においては、発熱体2は、包材3に対して非固定状態になっており、それ故、包材3とは別個独立に移動することが可能になっている。
 包材3は、図1(b)に示すように、第1の被覆シート30と第2の被覆シート31とを備えている。第1の被覆シート30と第2の被覆シート31とは、発熱体2の周縁から外方に延出する延出域をそれぞれ有し、その延出域どうしが接合されている。この接合は、発熱体2を取り囲む環状の連続した気密の接合であることが好ましい。両被覆シート30,31の接合によって形成された包材3は、その内部に発熱体2を収容するための空間を有し、この空間内に発熱体2が収容されている。
 発熱体2は、図1(c)に示すように、2枚の基材シート21,22間に発熱組成物20が介在配置された構成を有している。基材シート21,22としては、当該技術分野において従来用いられてきたものと同様のものを用いることができ、例えば、合成樹脂フィルム等の不透気性材料、不織布や紙等の繊維シートからなる透気性材料、あるいは該不透気性材料と該繊維シートとのラミネート等が挙げられる。また、基材シート21,22は高い吸水性を有していても良く、その場合は例えば、親水性繊維を含む繊維シート、吸水性ポリマーの粒子及び親水性繊維を含む繊維シート等が挙げられる。基材シート21,22は、互いに同じでも良く、異なっていても良い。
 発熱組成物20は、被酸化性金属の一種である鉄粉(第1発明の発熱組成物用鉄粉)、炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水を含有する。このように、発熱体2における発熱組成物20は水を含んでいる含水層であり、発熱組成物20に含有されているハロゲン化物の塩すなわち電解質は、発熱組成物20中の水に溶解した状態になっている。発熱組成物20は、鉄粉と空気中の酸素との酸化反応に伴う発熱を利用して発熱する。
 発熱組成物20に含有されている第1発明の発熱組成物用鉄粉は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の範囲にある点で特徴付けられる。従来多用されている発熱組成物用鉄粉のかさ密度は、一般的には1.5g/cmを超えて1.8~2.5g/cmの範囲にあるから、第1発明の発熱組成物用鉄粉は、従来品に比してかさ密度が低く、嵩高いと言える。
 第1発明でいう、鉄粉(発熱組成物用鉄粉)のかさ密度は、かさ密度測定器(JISカサ比重測定器JISZ-2504、筒井理化学器械(株)製)を用い、JIS Z-2504金属粉-見掛密度測定方法に従って測定される。
 第1発明の発熱組成物用鉄粉は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の特定範囲にあることで、これを含む発熱組成物の発熱特性を大幅に向上させ得る。具体的には、第1発明の発熱組成物用鉄粉は、かさ密度が1.5g/cmを超える従来の発熱組成物用鉄粉との対比において、鉄粉の酸化反応における反応率を飛躍的に向上させることができ、発熱組成物における発熱量が大きくなる。すなわち本発明の発熱組成物用鉄粉は、例えば従来品と同等の鉄粉量で、従来品と同等の温度の発熱を、従来品よりも長時間継続することができ、また、例えば従来品よりも少ない鉄粉量で、従来品と同等の温度の発熱を継続することができる。このように第1発明の発熱組成物用鉄粉は、鉄粉の酸化反応における反応率が高く、発熱組成物における発熱量が大きいことから、例えば発熱組成物あるいはこれを用いた発熱体の薄型化を図るのに有用であり、また、例えば発熱時間の制御が比較的容易に行えるため、発熱体の設計の自由度を向上させ得る。発熱組成物用鉄粉のかさ密度が1.5g/cmを超えると、このような優れた発熱特性を得ることは難しくなる。また、発熱組成物用鉄粉のかさ密度が0.3g/cm未満では、当該鉄粉のハンドリングが困難となるおそれがあり、さらに発熱体などの発熱組成物の薄型化も難しくなる。第1発明の発熱組成物用鉄粉のかさ密度は、好ましくは0.4g/cm以上、さらに好ましくは0.5g/cm以上、そして、好ましくは1.4g/cm以下、さらに好ましくは1.3g/cm以下である。なお、発熱組成物あるいは発熱体の発熱特性は、例えば後述するように、発熱組成物を発熱させた際の温度と時間とからなる発熱プロファイルによっても評価でき、温度を時間で積分した面積により評価できる。
 この種の発熱体の発熱特性を向上させる方法としては従来、発熱組成物用鉄粉として粒子径が比較的小さいものを使用する方法が知られている。しかしながら一般には、発熱組成物用鉄粉の粒子径が小さくなると、これに炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水などを加えて調製した塗料(スラリー状の発熱組成物)の保存安定性が低下し、さらには鉄粉の沈降、塗料の粘度増大やゲル化などが起こりやすくなり、スラリーとしての送液、塗工が困難になるなどハンドリング性が低下する。このようなハンドリング性の低い塗料を、発熱体の工業的な製造に適用することは困難である。
 この点、第1発明の発熱組成物用鉄粉は、粒子径ではなく、かさ密度が前記特定範囲にあることで、発熱組成物のハンドリング性の低下を招かずに、発熱特性を向上させ得る。具体的には、第1発明の発熱組成物用鉄粉に炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水を加えて塗料(スラリー状の発熱組成物)とした場合、その塗料は保存安定性に優れ、鉄粉の沈降、塗料の粘度増大やゲル化などが起こり難いため、発熱体を効率よく、工業的な製造に適用することができる。
 特許文献3に記載されているように、かさ密度が1.5g/cm以下の範囲にある鉄粉自体は公知である。しかしながら、特許文献3に記載されているのは、成形用途にかさ密度の低い鉄粉を用いるということであり、特許文献3には発熱組成物については何等記載されておらず、自ずと、第1発明の技術思想、すなわちかさ密度の低い鉄粉を発熱組成物に用いることによって発熱組成物の発熱特性及びハンドリング性を向上させることについては何等の記載も示唆もない。一方、使い捨てカイロなどの発熱体の技術分野においては、発熱体の小型化が従来主要な課題となっているところ、特許文献2の段落〔0020〕に記載されているように、発熱組成物用鉄粉のかさ密度が1.5g/cm未満となるような低いものであると、発熱体の嵩が増加して発熱体の小型化に支障をきたす、というのが技術常識であることから、第1発明の発熱組成物用鉄粉の如き、かさ密度が1.5g/cm以下の範囲にある発熱組成物用鉄粉は、発熱体用途では実質的に使用されていないのが現状である。
 第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の平均粒子径は、好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上、そして、好ましくは150μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。発熱組成物用鉄粉の平均粒子径が斯かる範囲にあることで、前述した効果(発熱組成物あるいは発熱体の発熱特性及びハンドリング性の向上効果)がより確実に奏されるようになる。鉄粉の平均粒子径としては、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置によって測定される体積基準のメジアン径を用いる。具体的には例えば、株式会社堀場製作所製LA‐950V2を用い、標準の湿式循環セルを利用し、鉄粉の屈折率を実数部3.5、虚数部3.8iとし、分散媒として水を用い屈折率を1.33とし、循環速度を15に、撹拌を5にそれぞれ設定し、体積基準のメジアン径をもって、鉄粉の平均粒子径の測定結果とする方法が用いられる。
 また、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉のBET比表面積は、好ましくは0.1m/g以上、さらに好ましくは0.2m/g以上である。発熱組成物用鉄粉のBET比表面積が斯かる範囲にあることで、前述した効果(発熱組成物あるいは発熱体の発熱特性及びハンドリング性の向上効果)がより確実に奏されるようになる。第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉のBET比表面積の上限値は特に制限されないが、使用する際の酸化反応の活性が高くなることと、使用するまでの保存時に酸化して発熱性が低下しないこと、この両点を考慮して、好ましくは50m/g以下、さらに好ましくは40m/g以下である。鉄粉のBET比表面積は、公知のBET法によって測定される。BET法は、窒素やアルゴン等の粉体表面への吸着量を測定することにより、粉体の比表面積を測定する方法である。
 また、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の水銀圧入法による細孔容量は、1μm以上の範囲で、好ましくは0.3cm/g以上、さらに好ましくは0.5cm/g以上である。第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の水銀圧入法による細孔容量は、1μm以上の範囲で前記特定範囲にあることに加えてさらに、全細孔容量が好ましくは0.3cm/g以上、さらに好ましくは0.5cm/g以上であるとより好ましい。発熱組成物用鉄粉の水銀圧入法による細孔容量が斯かる範囲にあることで、前述した効果(発熱組成物あるいは発熱体の発熱特性及びハンドリング性の向上効果)がより確実に奏されるようになる。第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の水銀圧入法による細孔容量の上限値は特に制限されないが、鉄粉の該細孔容量が大きすぎることにより、かさ密度を低下させず、また鉄粉のハンドリングを容易にし、さらに発熱体などの発熱組成物の薄型化も容易になるため、この点を考慮して、1μm以上の範囲では、好ましくは4.0cm/g以下、さらに好ましくは3.0cm/g以下であり、また全細孔容量が、好ましくは4.0cm/g以下、さらに好ましくは3.0cm/g以下である。鉄粉の水銀圧入法による細孔容量は、例えばJIS R1655に規定される方法等によって測定される。
 第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉は、原料となる還元鉄の粉砕工程を経て製造されるところ、前記の平均粒子径、BET比表面積、水銀圧入法による細孔容量は、それぞれ、この粉砕工程における粉砕の程度を適宜調整することで調整可能である。
 第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉は、金属鉄分の含有量が、好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、そして、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である。発熱組成物用鉄粉における金属鉄分の含有量が斯かる範囲にあることで、前述した効果(発熱組成物あるいは発熱体の発熱特性及びハンドリング性の向上効果)がより確実に奏されるようになる。鉄粉における金属鉄分の含有量は、例えばISO5416に規定される臭素-メタノール溶解法などによって測定される。鉄粉における金属鉄分の含有量の調整は、還元条件や、還元後の熱処理条件等を適宜調整することで実施可能である。
 なお、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉は、金属鉄分以外の他の成分として、例えば、シリカ(SiO)を3質量%以下程度、炭素(C)を15質量%以下程度、アルミナ(Al)を3質量%以下程度含有し得る。また通常、この種の鉄粉は、大気中の酸素と常温で反応して幾分かが不可避的に酸化されるため、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉は酸素(O)を10質量%以下程度含有し得る。これら金属鉄分以外の他の成分は、主として、発熱組成物用鉄粉の製造工程において不可避的に混入するもので、第1発明の前述した所定の効果を奏する上で特段重要というものではない。
 第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉は、前記の各種物性のみならず、その外観も特徴的である。図2(a)には、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の一例の電子顕微鏡写真、図2(b)には、従来の発熱組成物用鉄粉(かさ密度が1.5g/cmを超える鉄粉)の電子顕微鏡写真が示されている。第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉は、図2(a)に示すとおり、表層部が、多数の繊維状物が3次元的にランダムに配置されて構成されているのが特徴的である。図2(b)に示す従来の発熱組成物用鉄粉の表層部には、そのような繊維状物の集合体はほとんど確認できない。このような、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉が有する外観上の特徴(繊維状構造を持つ)が、該鉄粉による前述した作用効果の発現とどのような関わりがあるのかは不明であるが、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉が従来の発熱組成物用鉄粉とは明らかに異なるものであることは、このような電子顕微鏡による観察によっても明白である。第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉を構成する前記繊維状物の繊維径は、概ね10μm以下である。前記繊維状物の繊維径は、例えば電子顕微鏡写真を画像解析し、2点間の距離を測定することによって測定される。
 第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉は、酸化鉄(III)を含む鉄鉱石を原料として、これをロータリーキルンなどの還元炉にて固体還元剤を用いて還元処理して還元鉄を得、該還元鉄を粉砕機で粉砕し、必要に応じ所望の粒度に篩い分けすることで得られ、この一連の工程は、従来の発熱組成物用鉄粉の製造方法と基本的に同じである。第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉を得る上で特に重要なのは、還元鉄の粉砕条件である。すなわち、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉を得るためには、還元鉄の粉砕の程度を、従来の発熱組成物用鉄粉の製造におけるそれよりも弱くすることが好ましい。例えば、従来の発熱組成物用鉄粉の製造においては、一般的には、1.0kgの還元鉄に対して、振動式ロッドミル(例えば、中央化工機株式会社製、商品名「MB-1」)を用いて、8~12分程度の粉砕処理を実施するのに対し、第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の製造においては、0.1kgの還元鉄に対して、振動式ディスクミル(例えば、ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、商品名「RS200」)を用いて、回転数700~1000rpmで5~30秒程度の粉砕処理を実施する。このような比較的弱い粉砕処理を還元鉄に施すことで、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の範囲にある鉄粉が得られる。
 図1に示す発熱具1についてさらに説明すると、発熱組成物20における鉄粉(第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉)の含有量は、長時間にわたり安定な発熱を維持する観点から、発熱組成物20の全質量に対して、好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上、そして、好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である。同様の観点から、発熱組成物20における鉄粉(第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉)の坪量は、好ましくは80g/m以上、さらに好ましくは120g/m以上、そして、好ましくは1400g/m以下、さらに好ましくは1200g/m以下である。
 発熱組成物20は、前述した第1発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の他に、さらに炭素材料を含有する。炭素材料としては、水分保持剤、鉄粉への酸素保持/供給剤として機能し得るものが用いられ、例えば、活性炭(椰子殻炭、木炭粉、暦青炭、泥炭、亜炭)、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、グラファイト、石炭、石炭チャー等が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの炭素材料の中でも特に活性炭は、高い比表面積を有するため好ましい。発熱組成物20における炭素材料の含有量は、発熱組成物20中の鉄粉100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上、そして、好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは25質量部以下である。
 発熱組成物20は、さらにハロゲン化物の塩を含有する。ハロゲン化物の塩としては、鉄粉の表面に形成された酸化物の溶解が可能な電解質として機能し得るものが用いられ、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化第一鉄、塩化第二鉄等が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのハロゲン化物の塩の中でも特に塩化ナトリウムは、導電性、化学的安定性、生産コストなどに優れるため好ましい。発熱組成物20におけるハロゲン化物の塩の含有量は、発熱組成物20中の鉄粉100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上、そして、好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは25質量部以下である。
 発熱組成物20は、さらに水を含有する。前述したように、発熱組成物20は含水状態にあり、前記のハロゲン化物の塩はこの水に溶解した状態になっている。含水状態の発熱組成物は、流動性を有するスラリー組成物である。発熱組成物における水の含有量は、反応性の観点から、発熱組成物20の全質量に対して、好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、そして、好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である。
 発熱組成物20には、前記成分(鉄粉、炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水)の他に、必要に応じ、前記炭素材料と類似の機能を持つ反応促進剤として、ゼオライト、パーライト、バーミキュライト、シリカ、アルミナ、チタニア等を含有させることができる。また、塗料としての適性向上の観点から、発熱組成物20には各種の増粘剤や界面活性剤を含有させることができる。増粘剤としては、例えば、主として、水や金属の塩化物水溶液を吸収し、稠度を増大させるか、又はチキソトロピー性を付与する物質が挙げられ、ベントナイト、ステアリン酸塩、ポリアクリル酸ソーダ等のポリアクリル酸塩;ゼラチン、トラガカントゴム、ローカストビーンガム、グアーガム、アラビアガム、アルギン酸ソーダ等のアルギン酸塩;ペクチン、カルボキシビニルボリマー、デキストリン、α化澱粉及び加工用澱粉などの澱粉系吸水剤;カラギーナン及び寒天などの多糖類系増粘剤;カルボキシメチルセルロース、酢酸エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体系増粘剤などを用いることができる。界面活性剤としては、例えば芳香族スルホン酸とホルマリンの縮合物、又は特殊カルボン酸型高分子界面活性剤を主成分とする陰イオン性界面活性剤などを用いることができる。
 発熱体2は、典型的には、ハロゲン化物の塩を除く、他の成分(鉄粉、炭素材料、及び水など)を混合して塗料を調製し(塗料調製工程)、この塗料を基材シート21に塗工した後(塗工工程)、さらに、その塗工された塗料にハロゲン化物の塩を添加し(電解質添加工程)、該塗料に他方の基材シート22を重ねる(シート積層工程)ことで製造される。前記電解質添加工程において、基材シート21上の塗料にハロゲン化物の塩を添加することで、スラリー状の発熱組成物20が得られる。
 前記塗料調製工程において、塗料にハロゲン化物の塩すなわち電解質を添加しない理由は、塗料成分の分散性向上のためであり、また、塗料の保管中における鉄粉の酸化を防止して発熱ロスを低減するためである。
 前記電解質添加工程では、ハロゲン化物の塩すなわち電解質を固体状態で添加する。ハロゲン化物の塩を固体状態で添加することで、水溶液で添加する場合に比較して機器の腐食を抑制でき、また機器及び/又はその周囲へのハロゲン化物の塩の飛散を抑制できるという有利な効果が奏される。
 前記塗工工程において、塗料が塗工される基材シート21としては、吸水性ポリマーを含まずに親水性繊維を含む繊維シート(例えば不織布、紙)が好ましく用いられ、また、前記シート積層工程において、塗工後の塗料に積層される基材シート22としては、吸水性ポリマーを含む繊維シート(高吸水性シート)が好ましく用いられる。このように、塗工後の塗料に高吸水性シートを重ねることで、発熱組成物20の水分量を発熱可能な程度に調整することが容易になる。前記高吸水性シートにおける吸水性ポリマーの含有量は、該高吸水性シートの全質量に対して通常10~70質量%程度である。
 発熱体2の坪量は、発熱具1の用途等に応じて適宜調整され、好ましくは100g/m以上、さらに好ましくは150g/m以上、そして、好ましくは2500g/m以下、さらに好ましくは2000g/m以下である。
 発熱組成物20の坪量は、好ましくは50g/m以上、さらに好ましくは100g/m以上、そして、好ましくは1200g/m以下、さらに好ましくは1000g/m以下である。
 基材シート21,22の坪量は、好ましくは10g/m以上、さらに好ましくは20g/m以上、そして、好ましくは200g/m以下、さらに好ましくは150g/m以下である。
 図1に示す発熱具1において、発熱体2は、第1の被覆シート30と第2の被覆シート31とからなる包材3内に封入される。第1の被覆シート30及び第2の被覆シート31の何れか一方は、その一部が通気性を有するものであるか、又はその全体が通気性を有している。第1の被覆シート30及び第2の被覆シート31の両方が通気性を有していても良い。包材3が通気性を有することで、発熱体2における発熱組成物20への酸素の供給が円滑に行われ、安定した発熱が長時間にわたって維持される。包材3(被覆シート30,31)として使用可能な通気性を有するシートとしては、例えば透湿性は有するが透水性は有さない合成樹脂製の多孔性シートを用いることが好適である。斯かる多孔性シートを用いる場合には、該多孔性シートの外面(外方を向く面)にニードルパンチ不織布やエアスルー不織布等の不織布を始めとする各種の繊維シートをラミネートして、包材3の風合いを高めても良い。
 一方の被覆シート(例えば第1の被覆シート30)が通気性を有している場合、他方の被覆シート(例えば第2の被覆シート31)は、第1の被覆シート30よりも通気性の低いシートであっても良く、その場合、第1の被覆シート30を通じて水蒸気をより安定して発生させることが可能となる。ここで言う「通気性の低いシート」とは、一部に通気性を有するが、通気性の程度が第1の被覆シート30よりも低い場合と、通気性を有さない非通気性シートである場合との双方を包含する。第2の被覆シート31が非通気性シートである場合、該非通気性シートとしては、合成樹脂製のフィルムや、該フィルムの外面(外方を向く面)にニードルパンチ不織布やエアスルー不織布等の不織布を始めとする各種の繊維シートをラミネートした複合シートを用いることができる。
 包材3はその外面に、粘着剤が塗工されて形成された粘着層(図示せず)を有していても良い。粘着層は、第1発明の発熱具を人体の肌や衣類等に取り付けるために用いられる。粘着層を構成する粘着剤としては、ホットメルト粘着剤を始めとする当該技術分野においてこれまで用いられてきたものと同様のものを用いることができる。通気性を阻害しない点からは、包材3の周縁部に粘着層を設けることが好ましい。
 以上、第1発明をその実施形態に基づいて説明したが、第1発明は、前記実施形態に制限されることなく適宜変更が可能である。
 第1発明が適用可能な発熱具の形態は特に制限されず、発熱体とこれを包囲する包材とを含んで構成されている一般的な発熱具は勿論のこと、例えば、包材を含んでおらず発熱体のみからなる発熱具にも、第1発明は適用可能である。また、発熱体は、鉄粉を含む発熱組成物が一体となって所定形状(例えばシート形状)をなしている一体化物であっても良く、あるいは該発熱組成物が一体化していない流動物であっても良い。
 前述した第1発明の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
<A1>
 かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉。
<A2>
 前記<A1>に記載の発熱組成物用鉄粉(かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の鉄粉)、炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水を含有する発熱組成物。
<A3>
 かさ密度が、好ましくは0.4g/cm以上、さらに好ましくは0.5g/cm以上、そして、好ましくは1.4g/cm以下、さらに好ましくは1.3g/cm以下である前記<A2>に記載の発熱組成物。
<A4>
 前記鉄粉の平均粒子径が、20μm以上150μm以下である前記<A2>又は<A3>に記載の発熱組成物。
<A5>
 前記鉄粉の平均粒子径が、好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上、そして、好ましくは150μm以下、さらに好ましくは100μm以下である前記<A2>~<A4>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A6>
 前記鉄粉の金属鉄分の含有量が、60質量%以上95質量%以下である前記<A2>~<A5>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A7>
 前記鉄粉の金属鉄分の含有量が、好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、そして、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である前記<A2>~<A6>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A8>
 前記鉄粉のBET比表面積が、0.1m/g以上である前記<A2>~<A7>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A9>
 前記鉄粉のBET比表面積が、好ましくは0.1m/g以上、さらに好ましくは0.2m/g以上、そして、好ましくは50m/g以下、さらに好ましくは40m/g以下である前記<A2>~<A7>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A10>
 流動性を有するスラリー組成物である前記<A2>~<A9>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A11>
 水の含有量が、好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上、そして、好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である前記<A2>~<A10>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A12>
 前記鉄粉の水銀圧入法による細孔容量が、1μm以上の範囲で、0.3cm/g以上である前記<A2>~<A11>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A13>
 前記鉄粉の水銀圧入法による細孔容量が、1μm以上の範囲で、好ましくは0.3cm/g以上、さらに好ましくは0.5cm/g以上、そして、好ましくは4.0cm/g以下、さらに好ましくは3.0cm/g以下である前記<A2>~<A12>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A14>
 前記鉄粉の表層部は、多数の繊維状物が3次元的にランダムに配置されて構成されている前記<A2>~<A13>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A15>
 坪量が、好ましくは50g/m以上、さらに好ましくは100g/m以上、そして、好ましくは1200g/m以下、さらに好ましくは1000g/m以下である前記<A2>~<A14>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A16>
 前記鉄粉の含有量が、好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上、そして、好ましくは70質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下である前記<A2>~<A15>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A17>
 前記鉄粉の坪量が、好ましくは80g/m以上、さらに好ましくは120g/m以上、そして、好ましくは1400g/m以下、さらに好ましくは1200g/m以下である前記<A2>~<A16>の何れか1項に記載の発熱組成物。
<A18>
 前記<A2>~<A17>の何れか1項に記載の発熱組成物を含む発熱体。
<A19>
 坪量が、好ましくは100g/m以上、さらに好ましくは150g/m以上、そして、好ましくは2500g/m以下、さらに好ましくは2000g/m以下である前記<A18>に記載の発熱体。
<20>
 2枚の基材シート間に前記発熱組成物が介在配置された構成を有し、該基材シートの坪量が、好ましくは10g/m以上、さらに好ましくは20g/m以上、そして、好ましくは200g/m以下、さらに好ましくは150g/m以下である前記<A18>又は<A19>に記載の発熱体。
<A21>
 前記<A1>に記載の発熱組成物用鉄粉の発熱体への使用。
 以下、第1発明を実施例により更に具体的に説明するが、第1発明は斯かる実施例に限定されるものではない。
〔実施例A1〕
 酸化鉄(III)(純正化学株式会社製32225-0401)を鉄源、やし殻炭(大阪ガスケミカル株式会社製LP16-042)を固体還元剤として用いた。ポリエチレン製の袋(株式会社生産日本社製ユニパックF-8)に鉄源6gと固体還元剤2gとを入れて振り混ぜることで混合粉末を得、該混合粉末を、内径20mm、長さ50mmのSUS303製のチューブに充填高さが35mmになるように充填し、その充填された状態の鉄源に対し、雰囲気炉(株式会社デンケン製KDF-900GL)を用いて還元処理を実施し、還元鉄ブロックを得た。還元処理は、窒素雰囲気下で、常温から15℃/minで950℃まで昇温し、950℃を1時間保持した後、常温まで徐冷することで行った。チューブから還元鉄ブロックを取り出し、振動式ディスクミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、RS200、SUS製標準粉砕セット)を用い、回転数700rpmで10秒間粉砕することによって粗鉄粉を得た。得られた粗鉄粉を、目開き250μmの試験ふるい(東京スクリーン株式会社製JTS-250-60-37)を用いて、ロータップ試験機(株式会社吉田製作所製1038-A)によって5分間ふるい分けを行って粗粉を除去し、目的とする発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例A2〕
 鉄源16g、固体還元剤4gとし、内径48mm、長さ150mmのSUS303製のチューブを用いた以外は、実施例A1と同様にして、発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例A3〕
 還元処理を1000℃まで昇温、1時間保持した以外は、実施例A2と同様にして、発熱組成物用鉄粉を得た。
〔比較例A1〕
 従来使用されている高反応性タイプ発熱組成物用鉄粉(かさ密度2.0g/cm3、平均粒子径45μm、BET比表面積2.80m/g、金属鉄分の含有量76質量%)を比較例A1として用いた。
〔比較例A2及びA3〕
 汎用発熱組成物用鉄粉(かさ密度2.9g/cm3、平均粒子径127μm、BET比表面積0.17m/g、金属鉄分の含有量94質量%)を比較例A2とした。また、比較例A2の鉄粉をコトブキ技研株式会社製ローラーミル、RM36型を用いて粉砕したものを比較例A3とした。
〔比較例A4〕
 純鉄(和光純薬工業株式会社製、アトマイズ鉄粉-180μm)を比較例A4とした。
(塗料の調製)
 各実施例及び比較例の鉄粉を用いて塗料を調製した。塗料の組成は、鉄粉100質量部、炭素材料(活性炭)8質量部、増粘剤(グアーガム)0.3質量部、水60質量部、電解質(塩化ナトリウム)5質量部とした。塗料の調整は、先ず、鉄粉と炭素材料とを混合した後、その混合物に、水及び増粘剤を混合した液を加え、これらを均一に混合することで行った。
(発熱体の製造)
 各実施例及び比較例の鉄粉を用いて調製した塗料を用い、図1(c)に示す発熱体2と同様の構成の発熱体を製造した。基材シート21として坪量70g/mの木材パルプ繊維からなる紙を用い、基材シート22として坪量80g/mの下記高吸水性シートを用いた。基材シート21の一面に塗料を均一に塗工して塗工層を形成し、該塗工層の全体にハロゲン化物の塩の粉体(塩化ナトリウム)を均一に添加した後、基材シート22を重ねることで、発熱体2と同様の構成の発熱体を製造した。発熱組成物におけるハロゲン化物の塩の含有量は、該発熱組成物中の鉄粉100質量部に対して5質量部とした。発熱体における発熱組成物の坪量は587g/mであった。
(高吸水性シートの準備)
 基材シート22として用いた高吸水性シートは、特許5894747号の明細書に記載の方法に従い製造した。この高吸水性シートは、ポリアクリル酸ナトリウム系の高吸収性ポリマーの粒子が、該シートの厚み方向略中央域に主として存在しており、且つ該シートの表面には該粒子が実質的に存在していない構造を有する1枚のシートである。高吸水性シートは、高吸収性ポリマーの粒子の存在部位を挟んで表裏に親水性の架橋嵩高セルロース繊維の層を有している。架橋嵩高セルロース繊維は、その繊維粗度が0.22mg/mであり、繊維長さの平均値は2.5mmであった。架橋嵩高セルロース繊維の層はさらに、針葉樹晒クラフトパルプ、紙力増強剤(PVA)を含んでいるものであった。高吸収性ポリマーの粒子は平均粒径340μmのものを使用した。高吸収性ポリマー粒子の坪量は30g/mであり、高吸水性シートすなわち基材シート22の坪量は80g/mであった。
〔評価試験〕
 各実施例及び比較例の鉄粉を用いて調製した塗料の保存安定性(ハンドリング性)を下記方法により評価した。また、斯かる塗料を用いて製造した発熱体の発熱特性を下記方法により評価した。それらの結果を下記表1に示す。
<塗料の保存安定性の評価方法>
 塗料の保存安定性は、塗料作製直後と、塗料作製直後から24時間静置後の固形分とを比較して評価した。塗料の固形分は、塗料の水分を加熱除去し、その残分質量を測定することで評価した。例えばメトラートレド株式会社製水分率計HR83を用い、1gの塗料を120℃、30分間乾燥させ、その残分質量を測定した。作成直後の固形分に対し、24時間静置後の固形分が変わらないものをGoodとし、24時間後に2%以上固形分が変化するものをNot Good(NG)とした。塗料の保存安定性はハンドリング性と密接に関連し、保存安定性の高い塗料は、ハンドリング性に優れ、扱いやすく塗工適性に優れると評価できる。
<発熱体の発熱特性の評価方法>
 JIS S4100に記載の、使い捨てカイロ温度特性測定試験法により温度測定を行った。得られた発熱具を、坪量100g/mのニードルパンチ不織布製の袋に挿入し、これを40℃の恒温槽の上に置き発熱特性を評価した。この袋は、ニードルパンチ不織布の三方をシールすることで袋状に形成したものである。温度計は発熱具と恒温槽表面との間に配置した。発熱具は、非肌側のシート状被覆材の側を温度計に向くように載置した。発熱特性は時間に対する温度の変化をプロットし、温度が45℃を上回る領域を時間で積分し、その面積(K・min)で比較した。比較例A1で示した既存の高反応性タイプ発熱組成物用鉄粉の値156K・minの約2倍300K・minを上回るものをGoodとし、それ以下のものをNGとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 以下に第2発明を、その好ましい実施形態に基づき、図面を参照しながら説明する。第2発明の発熱体の製造方法は、かさ密度が所定の低い範囲である被酸化性金属、炭素材料及び水を含有し、且つ流動性を有する発熱組成物を用いる。第2発明に用いられる発熱組成物及び発熱組成物に含有される各成分については後に詳述する。
 第2発明に用いられる被酸化性金属の具体例として、第1発明の発熱組成物用鉄粉が挙げられる。第1発明の発熱組成物用鉄粉は、前述したとおり、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下という、比較的低い範囲であるため、これを用いた発熱組成物に流動性を付与して塗工性を高めるためには、併用する水の量を通常よりも多くする必要があるが、水の量が多すぎると、発熱組成物(発熱体)の発熱特性が低下することが懸念される。このような、かさ密度の低い被酸化性金属(発熱組成物用鉄粉)を含む発熱組成物を塗料化する場合に特有の問題に対し、第2発明では、以下に述べるように発熱体の製造工程を工夫することでその解決を図っている。
 第2発明の発熱体2は、例えば図3及び図4に示す製造装置100によって好適に製造することができる。図3及び図4に示す製造装置100は、塗布体形成部200、水分調整部300、シート積層部400に大別される。
 図3及び図4に示すように、製造装置100は、塗布体形成部200を備えている。塗布体形成部200は、原反ロール21Rから基材シート21を搬送方向Rへ案内するガイドロール220及び受けロール230と、後述する発熱組成物20を貯蔵する貯蔵タンク24と、発熱組成物20を基材シート21の一面に塗布する塗布ヘッド25と、貯蔵タンク24から塗布ヘッド25に発熱組成物20を供給する供給路26と、形成された塗布体4に塩を散布する塩散布装置27とを備えている。
 塗布体形成部200に備えられている貯蔵タンク24は、そのタンク24内に発熱組成物20が蓄えられている。貯蔵タンク24内の発熱組成物20は、撹拌翼24aによって撹拌されて均一化されている。撹拌翼24aは、シャフト24bを介してモータ等の回転駆動源24cに接続されている。貯蔵タンク24の底部には供給路26の一端が接続されている。供給路26の他端は塗布ヘッド25に接続されている。
 塗布体形成部200は、塗布ヘッド25を備えている。塗布ヘッド25は、供給路26を介して貯蔵タンク24から供給された流動性を有する発熱組成物20を、受けロール230によって支持されている帯状の基材シート21の一面上に塗布して、塗布体4を形成する部分である。塗布ヘッド25は、搬送方向Rに直交する方向である基材シート21の幅方向全域にわたって発熱組成物20を塗布できるようになっている。塗布ヘッド25としては、ダイコータ等の流動体の塗布が可能なものが用いられる。
 図3及び図4に示すように、塗布体形成部200は、更に塩散布装置27を備えていることが好ましい。塩散布装置27は、形成された塗布体4の発熱組成物20側に塩を散布する部分である。塩散布装置27は、塗布体4の搬送方向Rに直交する方向である幅方向全域にわたって塩を散布できるようになっている。
 製造装置100は、水分調整部300を備えている。水分調整部300は、塗布体4から水を除去する水除去部310と、その下流に位置し、塗布体4の含水率を調整する水添加部320とを備えている。
 水除去部310は、湿潤している塗布体4から、乾燥や吸水等の手段によって水を除去する部分である。水除去部310は、塗布体4から所望の水分を除去することができれば、その形態や方法に特に制限はない。例えば、図3に示す水除去部310には、その内部に案内した塗布体4を乾燥して、水を揮発又は蒸発させて除去する乾燥装置31Aが備えられている。図3に示す実施形態では、乾燥装置31Aは単独で備えられているが、搬送方向Rに沿って複数設けられていてもよい。乾燥装置31Aが複数設けられている場合、各乾燥装置31Aにおける乾燥温度はそれぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。
 また、図4に示す水除去部310は、乾燥装置31Aに代えて、吸水対象(塗布体4)との接触部が水を吸収可能な吸水性材料を含む吸水ロール31Bを備えている。吸水ロール31Bは、その軸方向が塗布体4の幅方向と一致しており、塗布体4の幅と同じか、それよりも大きくなっている。吸水ロール31Bは、塗布体4と接触して、塗布体4に含まれる水を吸収して除去する。吸水ロール31Bとしては、例えば、吸水対象(塗布体4)との接触部である、吸水ロール31Bの周面(外周部)が、スポンジやパルプ紙などの吸水性材料からなるものが挙げられる。吸水ロール31Bと対向する位置には、補助ロール31Cが配されている。補助ロール31Cは、ロールに代えて、ベルトコンベアの態様とすることもできる。
 水添加部320は、水除去部310によって水分が除去された塗布体4に、水を更に添加して、塗布体4の水分量を調節する部分である。水添加部320は、塗布ヘッド25や塩散布装置27と同様に、塗布体4の幅方向全域にわたって水を添加できるようになっていることが好ましい。なお、水除去部310に通過させた後の塗布体4が所望の水分量となっている場合は、水添加部320を備えていなくてもよい。塗布体4の発熱特性を好適に発揮し得る水分量については後述する。
 製造装置100には、図3及び図4に示すように、シート積層部400が備えられている。シート積層部400は、第2原反ロール22Rから繰り出された帯状の第2基材シート22を下流へ案内するガイドロール42と、塗布体4を搬送方向Rへ案内するガイドロール43を備えている。第2基材シート22は、塗布体4における発熱組成物20側の面上に配されるように搬送される。
 以上は、図3及び図4に示す製造装置100の説明であったところ、以下に製造装置100を用いた第2発明の発熱体の好適な製造方法を説明する。
 まず、かさ密度が所定の範囲である被酸化性金属、炭素材料及び水を含有する発熱組成物20を貯蔵タンク24に充填する。前記被酸化性金属は、典型的には、第1発明の発熱組成物用鉄粉である。発熱組成物20は、他の撹拌装置(図示せず)を用いてあらかじめ調製したものを貯蔵タンク24に充填してもよく、貯蔵タンク24内に被酸化性金属、炭素材料及び水を入れて撹拌混合することで調製してもよい。発熱組成物20は高い水分量を有していることに起因して、流動性を有する塗料(スラリー状の発熱組成物)となっている。発熱組成物20の成分の沈殿等を抑制し、均一性を維持する観点から、発熱組成物20はその供給時に撹拌されていることが好ましい。
 次に、塗布ヘッド25において、原反ロール21Rから繰り出された基材シート21が受けロール230の周面に位置している状態で、発熱組成物20を基材シート21上に塗布する。発熱組成物20は、貯蔵タンク24から供給路26を介して塗布ヘッド25に連続的に供給されているので、基材シート21が搬送方向Rに搬送されていくにつれて、基材シート21上にその搬送方向Rに沿って且つ連続的に塗布される。これによって、基材シート21の上面に発熱組成物20が塗布された塗布体4が連続的に形成されながら下流に搬送される。この工程では、発熱組成物20は流動性を有する塗料(スラリー状の発熱組成物)となっている。
 次いで、図3及び図4に示すように、塗布ヘッド25の下流側に位置する塩散布装置27において、塗布体4の発熱組成物20側に塩を散布する。この工程を経ることによって、発熱体の被酸化性金属の酸化反応に起因した発熱特性をより向上させることができるようになる。前述したように、被酸化性金属として第1発明の発熱組成物用鉄粉を用いる場合は、塩としてハロゲン化物の塩を用いることが好ましい。塩散布装置27は、塗布体4における発熱組成物20が塗布された側の上方に位置しているので、塗布体4における発熱組成物20の上面に、搬送方向Rに沿って且つ連続的に塩を散布する。製造装置の腐食等の不具合や、製造装置周囲への塩の飛散を抑制する観点から、塩の散布は、固体の状態で行うことが好ましい。固体状態で散布された塩は、その一部又は全部が発熱組成物20中に含まれる水に溶解した状態で下流に搬送される。この工程でも、発熱組成物20は流動性を有する塗料(スラリー状の発熱組成物)となっている。
 続いて、図3及び図4に示すように、塩散布装置の下流側に位置する水除去部310に塗布体4を供給して、塗布体4から水を除去する。発熱組成物20に含まれる被酸化性金属は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下という低い範囲であることに起因して、水分が金属粒子内に存在する空隙や金属粒子間に保持されやすくなっている。そのため、塗布体4を形成する際には、発熱組成物20の製造時に添加する水分量を最適量よりも多くして、発熱組成物20の流動性を確保しておく必要がある。その一方で、発熱組成物20中の水分が過剰であると、水の存在によって被酸化性金属の酸化反応が阻害され、さらに発熱体の熱容量が増加し、発熱体として所望の発熱特性を得ることが困難となる。本工程は、塗布体4の水分量を低下させて最適量に近づけ、被酸化性金属の酸化反応に起因した安定的な発熱を長時間にわたって得るためのものである。
 図3に示すように、水除去部310において乾燥装置31Aを用いた実施形態では、乾燥装置31Aの内部に塗布体4を供給して乾燥し、塗布体4を構成する発熱組成物20に含まれる水を揮発又は蒸発させて除去する。乾燥装置31Aにおける塗布体4の乾燥方法としては、塗布体4から水を除去できる方法であれば特に制限はなく、例えば熱風の吹き付け、乾燥気体の吹き付け、ヒーターによる加熱、赤外線の照射、加熱ローラーによる加圧下での加熱等の方法が挙げられる。本実施形態においては、塗布体4に含まれる水の一部を除去してもよく、その全部を除去してもよい。つまり、塗布体4は湿潤状態が維持されていてもよく、絶乾状態としてもよい。塗布体4に含まれる水の一部を除去する場合、除去後の塗布体4に含まれる水分量が、最終的に得られる発熱体に含まれる水分量以下となるように、水を除去することが好ましい。
 塗布体4の乾燥時における雰囲気は、被酸化性金属の意図しない酸化反応を抑制する観点から、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。塗布体4の乾燥温度は、塗布体4を構成する基材シート21及び発熱組成物20の構成成分に依存するが、10℃以上であることが好ましく、30℃以上であることがより好ましく、また300℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましい。塗布体4の乾燥時間は、乾燥温度や目標とする水分量に依存するが、2分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましく、また180分以下であることが好ましく、120分以下であることがより好ましい。
 図4に示すように、水除去部310として吸水性材料からなる吸水ロール31Bを用いた実施形態では、吸水ロール31Bと補助ロール31Cとの間に塗布体4を供給して、塗布体4と吸水性材料とを接触させ、塗布体4から水を吸収して除去する。本実施形態においては、塗布体4に含まれる水の全てを吸収することは困難であるから、塗布体4は湿潤状態が維持されて下流へ搬送される。この場合、水の除去後の塗布体4に含まれる水分量が、最終的に得られる発熱体に含まれる水分量以下となるように、水を除去することが好ましい。
 水の吸収除去効率の観点から、塗布体4に接触させる吸水性材料は、ポリビニルアルコールやウレタン、パルプ紙等の材料であることが好ましい。また同様の観点から、塗布体4の吸水性材料への接触は、少なくとも塗布体4の発熱組成物20側から行うことが好ましい。図4に示すように、吸水性材料を吸水ロール31Bの形態で用いた場合のプレス圧(プレス線圧)は、水の吸収除去効率の観点から、0.5N/m以上であることが好ましく、1.5N/m以上であることがより好ましく、吸水ロール31Bへの発熱組成物20の付着を抑制し、装置保守を行いやすくする観点から、300N/m以下であることが好ましく、50N/m以下であることがより好ましい。吸水ロール31Bへの発熱組成物20の付着を抑制しつつ、水分を吸収除去する観点から、吸水ロール31Bと発熱組成物20との間に、透水性を有する繊維シートやメッシュシート等の別の透水性シート(図示せず)を配しておくことが好ましい。
 水除去部31において、水の除去後の塗布体4の水分量である、最終的に得られる発熱体に含まれる水分量以下とは、被酸化性金属100質量部に対して、好ましくは0質量部以上110質量部以下であり、より好ましくは0質量部以上100質量部以下である。水の除去後の塗布体4の水分量は、例えばJIS K 0068:2001に準じて測定することができる。また、水の除去後の塗布体4の水分量は、塗布ヘッドにより基材シート2の一面上に塗布された塗布体4の坪量と、水の除去後の塗布体4の坪量との差により算出することもできる。また、水の除去後の塗布体4の水分量は、赤外水分計、近赤外水分計、マイクロ波透過型水分計によりインラインにて測定することもできる。
 続いて、図3及び図4に示すように、水除去部310の下流側に位置する水添加部320において、塗布体4の発熱組成物20が塗布されている面側から水を添加する。図3及び図4では、水添加部320から、塗布体4の発熱組成物20上へ水を散布して塗布体に添加している。水の添加後の塗布体4に含まれる水分量は、最終的に得られる発熱体に含まれる水分量となるようにすることが好ましい。本工程によって、水除去部310において塗布体4から水を過剰に除去した場合でも、被酸化性金属の酸化反応が十分に進行する水分量に調整することが可能となる。なお水除去部310を通過した後の塗布体4において、塗布体4の水分量が後述する範囲内となっていれば、水添加部320における水の添加は必要としない。
 この工程を経ることによって、塗布体4は、その水分量が最適量として、被酸化性金属100質量部に対して、好ましくは30質量部以上、より好ましくは40質量部以上、また、好ましくは110質量部以下、より好ましくは100質量部以下に調整されて下流側へ搬送される。塗布体4の水分量がこのような範囲に調整されることによって、被酸化性金属の酸化反応を十分に進行させることができ、安定した発熱が長時間にわたって維持される。その結果、発熱体の発熱特性が優れたものとなる。
 最後に、第2原反ロール22Rから繰り出された第2基材シート22を、塗布体4の発熱組成物20側に積層して、図1(c)に示すような発熱体2を製造する。必要に応じて、ニップロール等の圧着手段(図示せず)によって圧着を施すこともできる。なお、上述した塗布体4の最適な水分量は発熱体2の製造時においても維持されているので、上述の塗布体4の最適な水分量と、最終的に得られる発熱体2内の塗布体4の水分量とは実質的に同一である。また、上述の塗布体4の最適な水分量と、最終的に得られる発熱体2に含まれる水分量とは実質的に同一である。
 これらの製造工程を経て製造された発熱体2は、図1(c)に示すように、基材シート21と第2基材シート22との間に発熱組成物20を原料とする発熱層が配された構造となっている。各基材シート21,22の構成材料としては、当該技術分野において従来用いられてきたものと同様のものを用いることができ、例えば、合成樹脂フィルム等の不透気性材料、不織布や紙等の繊維シートからなる透気性材料、あるいは該不透気性材料と該繊維シートとのラミネート等が挙げられる。また、各基材シート21,22は吸水性を有していても良く、例えば親水性繊維を含む繊維シート、吸水性ポリマーの粒子及び親水性繊維を含む繊維シート等が挙げられる。各基材シート21,22は同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料から構成されていてもよい。酸化反応に起因した発熱体の発熱持続性の観点から、各基材シート21,22のうち、少なくとも一方のシートは透気性を有していることが好ましい。
 塗布体4の形成時における水の透過を防ぐ観点から、基材シート21としては、合成樹脂フィルム等の不透気性材料と、親水性繊維を含み、且つ吸水性ポリマーを含まない不織布や紙等の繊維シートとのラミネートを用いることが好ましい。発熱組成物20の水分量を発熱可能な程度に調整することが容易になる観点から、第2基材シート22としては、吸水性ポリマーを含む繊維シート(高吸水性シート)を用いることが好ましい。高吸水性シートにおける吸水性ポリマーの含有量は、該高吸水性シートの全質量に対して通常10~70質量%程度である。
 各基材シート21,22の坪量は、それぞれ独立して10g/m以上であることが好ましく、20g/m以上であることがより好ましく、また、300g/m以下であることが好ましく、さらに好ましくは200g/m以下であることがより好ましい。また、発熱体2における発熱組成物20の坪量は、50g/m以上であることが好ましく、100g/m以上であることがより好ましく、また、2500g/m以下であることが好ましく、2000g/m以下であることがより好ましい。
 第2発明によって製造された発熱体2は、これをそのままの状態で、又は発熱体2の全体を、通気性を有する多孔性シートなどの包材で被覆又は封入された状態で、使い捨てカイロなどの発熱具として使用することができる。第2発明が適用可能な発熱具は、前述した第1発明が適用可能な発熱具と同じである。また、発熱具を適用部位に固定するために、包材の外面に公知の粘着剤が塗工されていてもよい。
 以上は、第2発明の発熱体の製造方法に関する説明であったところ、以下に第2発明の発熱体の製造に好適に用いられる発熱組成物について説明する。第2発明の発熱体の製造に用いられる発熱組成物は、被酸化性金属、炭素材料及び水を含有するものであり、且つ流動性を有している。
 第2発明の発熱体の製造に用いられる発熱組成物は、被酸化性金属を含む。本明細書における被酸化性金属とは、空気中の酸素と反応して酸化し、熱を発生する性質を有する金属を指す。被酸化性金属としては、例えば鉄、アルミニウム、亜鉛、マンガン、マグネシウム、カルシウム等が挙げられ、これらのうち一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。取り扱い性、安全性、製造コスト及び保存安定性の観点から、被酸化性金属は鉄を主体として含んでいることが好ましく、酸化反応の反応性及び発熱組成物の流動性の確保の観点から、その形状は粒状又は粉状であることが好ましく、これらの利点を好適に得る観点から、粉状の鉄、つまり鉄粉を用いることが特に好ましい。鉄粉としては、例えば、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉などが挙げられる。
 鉄を主体として含んでいる被酸化性金属を用いた場合、被酸化性金属中の金属鉄分の含有量は、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、またその上限は、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい。被酸化性金属中の金属鉄分の含有量がこのような範囲にあることで、発熱体の発熱特性をより確実に発揮することができる。被酸化性金属における金属鉄分の含有量は、例えばISO5416に規定される臭素-メタノール溶解法によって測定することができる。
 発熱組成物に含まれる被酸化性金属は、そのかさ密度が0.3g/cm以上であることが好ましく、0.4g/cm以上であることがより好ましく、またその上限は、1.5g/cm以下であることが好ましく、1.4g/cm以下であることがより好ましい。具体的には、被酸化性金属のかさ密度は、0.3g/cm以上1.5g/cm以下であることが好ましく、0.4g/cm以上1.4g/cm以下であることがより好ましい。このようなかさ密度を有する被酸化性金属を発熱組成物に用いることによって、被酸化性金属の酸化反応の反応率を向上することができ、これに起因して発熱体の発熱特性を向上させることができる。被酸化性金属のかさ密度は、例えば、JIS Z 2504:2012に従って、かさ密度測定器(JISカサ比重測定器、筒井理化学器械株式会社製)を用いて測定することができる。かさ密度の値が低いほど、嵩高い粒子であるといえる。
 発熱組成物に含まれる被酸化性金属として粒状又は粉状のものを用いたときに、その平均粒子径は10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、またその上限は、150μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。具体的には、被酸化性金属の平均粒子径は10μm以上150μm以下であることが好ましく、20μm以上100μm以下であることがより好ましい。このような平均粒子径を有する被酸化性金属を発熱組成物に用いることによって、発熱体の発熱特性を向上させるとともに、発熱体の薄型化を図ることができる。
 被酸化性金属の平均粒子径としては、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置によって測定される体積基準のメジアン径を用いる。被酸化性金属として鉄粉を用いた場合には、例えば、株式会社堀場製作所製LA‐950V2を用い、標準の湿式循環セルを利用し、鉄粉の屈折率を実数部3.5、虚数部3.8iとし、分散媒として水を用い屈折率を1.33とし、循環速度を15に、撹拌を5にそれぞれ設定し、体積基準のメジアン径をもって、鉄粉の平均粒子径の測定結果とする方法が用いられる。
 発熱組成物20に含まれる被酸化性金属のBET比表面積は、0.1m/g以上であることが好ましく、0.2m/g以上であることがより好ましく、またその上限は、50m/g以下であることが好ましく、40m/g以下であることがより好ましい。被酸化性金属のBET比表面積がこのような範囲にあることによって、被酸化性金属の酸化反応の活性が高くなり、その結果、発熱体の発熱特性を向上させることができる。被酸化性金属のBET比表面積は、例えば公知のBET法に準じて測定することができる。BET法は、窒素やアルゴン等の粉体表面への吸着量を測定することによって、粉体の比表面積を測定する方法である。
 発熱組成物に含まれる被酸化性金属の水銀圧入法による細孔容量は、1μm以上の範囲で、好ましくは0.3cm/g以上が好ましく、0.5cm/g以上であることがより好ましく、またその上限は、4.0cm/g以下であることが好ましく、3.0cm/g以下であることがより好ましい。また、被酸化性金属の水銀圧入法による細孔容量が1μm以上の範囲で上述の特定範囲にあることを条件として、被酸化性金属の全細孔容量は、0.3cm/g以上であることが好ましく、0.5cm/g以上であることがより好ましく、またその上限は、4.0cm/g以下であることが好ましく、3.0cm/g以下であることがより好ましい。被酸化性金属の水銀圧入法による細孔容量がこれらのような範囲にあることによって、被酸化性金属の酸化反応の活性が高くなり、発熱体の発熱特性を向上させることができる。水銀圧入法による細孔容量は、例えばJIS R 1655:2003の方法に準じて測定することができる。
 第2発明に用いられる被酸化性金属の好適な態様である、鉄を主体として含んでおり、且つ上述した平均粒子径、BET比表面積及び水銀圧入法による細孔容量を満たす粉状の被酸化性金属(発熱組成物用鉄粉)は、以下のように製造することができる。例えば、酸化鉄(III)を含む鉄鉱石を原料として、これをロータリーキルンなどの還元炉にて固体還元剤を用いて還元処理して還元鉄とした後、該還元鉄を粉砕機で粉砕し、必要に応じて所望の粒度にふるい分けすることで得ることができる。特に、還元鉄を粉砕する際には、粉砕の程度を弱くすることが好ましい。具体的には、例えば0.05kgの還元鉄に対して、振動式ディスクミル(例えば、ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、商品名「RS200」)を用いて、回転数700~1000rpmで5~30秒程度の粉砕処理を実施することが好ましい。このような粉砕処理を行うことによって、上述した平均粒子径、BET比表面積及び水銀圧入法による細孔容量を満たす粉状の被酸化性金属(発熱組成物用鉄粉)を容易に得ることができる。
 被酸化性金属における金属鉄分の含有量は、還元条件や、還元後の熱処理条件等を適宜変更することで調整することができる。また、被酸化性金属の平均粒子径、BET比表面積及び水銀圧入法による細孔容量は、粉砕処理における粉砕の程度を適宜調整することによって調整することができる。
 なお、被酸化性金属には、他の成分として、例えばシリカ(SiO)を3質量%以下程度、炭素(C)を15質量%以下程度、アルミナ(Al)を3質量%以下程度含有していてもよい。また被酸化性金属は、その製造時においても大気中の酸素と常温で反応して不可避的に酸化されているため、酸素(O)を10質量%以下程度含有しうる。これらの他の成分は、主として、被酸化性金属の製造工程において不可避的に混入するものである。
 第2発明に用いられる被酸化性金属の好ましい一例として、前述した第1発明の発熱組成物用鉄粉が挙げられる。
 第2発明の発熱体の製造に用いられる発熱組成物は、炭素材料を含む。発熱組成物に含有される炭素材料は、保水能、酸素保持能、酸素供給能、及び触媒能の少なくとも一つの機能を有するものであり、これらの機能を全て有しているものが好ましい。これらのような機能を有する炭素材料としては、例えば活性炭、アセチレンブラック、黒鉛、グラファイト、石炭等が挙げられ、これらのうち一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、高い比表面積を有することに起因して、保水能、酸素保持能及び酸素供給能を十分に発揮できる観点から、炭素材料として活性炭を用いることが好ましい。炭素材料として用いられる活性炭は、例えばヤシ殻炭、木炭粉、ピート炭等の粉状物や粒状物が挙げられる。
 発熱組成物に含有される炭素材料の含有量は、発熱組成物中の被酸化性金属100質量部に対して、3質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましく、またその上限は、30質量部以下であることが好ましく、25質量部以下であることがより好ましい。炭素材料の含有量がこのような範囲であることによって、被酸化性金属の酸化反応効率を長時間維持させることができる。その結果、発熱体の発熱特性を十分に発揮させることができる。
 第2発明の発熱体の製造に用いられる発熱組成物は、水を含む。水は、被酸化性金属の酸化反応に用いられるほか、発生する熱を適温に冷却する冷媒としても用いられる。発熱体の製造において、かさ密度が低い被酸化性金属、例えば第1発明の発熱組成物用鉄粉を原料として使用する場合、水分が原料粒子内に存在する空隙や原料粒子間に保持されやすくなってしまうので、発熱組成物の製造時に添加する水分量を通常より多くして、塗布に適した流動性を確保する必要がある。
 発熱組成物における水の含有量は、発熱組成物の流動性を確保して塗布性を向上させる観点から、発熱組成物中の被酸化性金属100質量部に対して、70質量部以上であることが好ましく、80質量部以上であることがより好ましく、またその上限は、160質量部以下であることが好ましく、150質量部以下であることがより好ましい。発熱組成物中に水をこのような範囲で含むことによって、発熱組成物は、流動性を有する塗料(スラリー状の発熱組成物)となっている。
 被酸化性金属の酸化反応効率を上げるとともに、被酸化性金属の酸化反応を持続させる観点から、第2発明の発熱体の製造に用いられる発熱組成物は、更に塩を含有していてもよい。発熱組成物中に塩を含む場合には、水に溶解した状態となっている。塩としては、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等の塩化物や、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等の硫酸塩、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム等のリン酸塩、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化物等が挙げられる。これらの塩は一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。被酸化性金属として、前述した第1発明の発熱組成物用鉄粉を用いる場合は、塩として、ハロゲン化物の塩を用いることが好ましい。第2発明に用いるハロゲン化物の塩としては、第1発明で使用可能なものを用いることができる。発熱組成物中の塩の含有量は、発熱組成物中の被酸化性金属100質量部に対して、2質量部以上であることが好ましく、3質量部以上であることがより好ましく、またその上限は、30質量部以下であることが好ましく、25質量部以下であることがより好ましい。
 発熱組成物には、被酸化性金属、炭素材料及び水のほかに、必要に応じて他の添加剤を含有することもできる。添加剤としては、例えば、水分保持や酸素供給を目的とした反応促進剤や、発熱組成物の塗布性を良好にすることを目的とした増粘剤及び界面活性剤などが挙げられる。反応促進剤としては、例えばゼオライト、パーライト、バーミキュライト、シリカ、アルミナ、チタニア、おがくず等を含有させることができる。増粘剤としては、例えば水分を吸収し、稠度を増大させるか、又はチキソトロピー性を付与する物質が挙げられ、ベントナイト、ステアリン酸塩、ポリアクリル酸ソーダ等のポリアクリル酸塩;ゼラチン、トラガカントゴム、ローカストビーンガム、グアーガム、アラビアガム、アルギン酸ソーダ等のアルギン酸塩;ペクチン、カルボキシビニルボリマー、デキストリン、α化澱粉及び加工用澱粉などの澱粉系吸水剤;カラギーナン及び寒天などの多糖類系増粘剤;カルボキシメチルセルロース、酢酸エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体系増粘剤などを用いることができる。界面活性剤としては、例えば芳香族スルホン酸とホルマリンとの縮合物、又は特殊カルボン酸型高分子界面活性剤を主成分とする陰イオン性界面活性剤などを用いることができる。
 以上の成分を含有する発熱組成物は、その粘度が3000mPa・s以上であることが好ましく、4000mPa・s以上であることがより好ましく、またその上限は18000mPa・s以下であることが好ましく、10000mPa・s以下であることがより好ましい。発熱組成物はこのような粘度を有していることによって、基材シートにおける目的の塗布位置に、発熱組成物20を均一に塗布して、発熱特性が均一となる発熱体2を製造することができる。発熱組成物の粘度は、東機産業株式会社製のB型粘度計TVB-10を用いて、ローターNo.4、6rpm、24℃、60秒間の測定条件で測定することができる。
 このような成分を含有する発熱組成物は、被酸化性金属、炭素材料及び水を含有し、且つ流動性を有していれば、その製造方法に特に制限はなく、例えば被酸化性金属、炭素材料及び水を公知の攪拌装置を用いて混合して製造することができる。
 以上、第2発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、第2発明は前記実施形態に制限されない。例えば、図3及び図4に示す実施形態では、塩散布装置27において塗布体4に塩を散布した後で、水除去部310において水を除去したが、これに代えて、水除去部310において水の除去を行った後に、塩散布装置27において塗布体4に塩を散布し、第2基材シート22を積層して発熱体2を製造することもできる。特に図4に示す実施形態では、塩を散布した後に吸水ロール31Bによって水を除去する場合、水分の除去とともに、水に溶解した塩も除去されてしまう可能性があるため、水除去部310によって水を除去した後、塩散布装置27において塩を散布し、必要に応じて水添加部320において、塗布体4を含む積層体へ水の添加を更に行うことが好ましい。
 また、図3及び図4に示す水除去部310では、乾燥装置31A又は吸水ロール31Bがそれぞれ単独で備えられているが、これらは搬送方向Rに沿って複数設けられていてもよい。この場合、乾燥装置31Aが複数設けられていてもよく、吸水ロール31Bが複数設けられていてもよく、又はこれらを組み合わせて複数設けられていてもよい。
 また、図4における水除去部310では、吸水性材料を含む吸水ロール31Bの態様で説明したが、吸水性材料を用いていれば図4に示す態様に限られず、吸水ロール31Bに代えて、例えば矩形状などの形状を有し、吸水性材料からなる吸水性スポンジと、塗布体4の上面(塗布体4の発熱組成物20側の面)とを面接触させることによって、塗布体4から水を除去してもよい。塗布体4と吸水性材料とを面接触させたときのプレス圧は、2000N/m以上600000N/m以下であることが好ましく、3500N/m以上40000N/m以下であることが更に好ましい。
 また、図3及び図4に示す実施形態では、塗布体4から水の除去を行った後で第2基材シート22を積層して発熱体2を製造したが、水の除去を行っていない塗布体4の発熱組成物20側に第2基材シート22を積層して積層体を形成した後で、水の除去を行って発熱体2を製造することもできる。積層体を形成した後で発熱体2を製造するためには、塩散布装置27における塗布体4への塩散布を施した後、第2基材シート22を積層して積層体を形成し、その後、水除去部310において、塗布体4を含む積層体から水の除去を行い、必要に応じて水添加部320において、塗布体4を含む積層体へ水の添加を更に行えばよい。製造工程の簡便性の観点から、塗布体4を含む積層体に水の添加を行う場合には、第2基材シート22側から水の添加を行うことが好ましい。このように製造された発熱体2であっても、第2発明の効果である発熱特性は十分に奏される。
 上述した実施形態に関し、第2発明は更に以下の発熱体の製造方法を開示する。
<B1>
 かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の被酸化性金属、炭素材料及び水を含有し、且つ流動性を有する発熱組成物を基材シート上に塗布して塗布体を形成し、
 前記塗布体から水を除去して、該塗布体の水分量を調整する、発熱体の製造方法。
<B2>
 前記<A1>に記載の発熱組成物用鉄粉(かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉)、炭素材料及び水を含有し、且つ流動性を有する発熱組成物を基材シート上に塗布して塗布体を形成し、
 前記塗布体から水を除去して、該塗布体の水分量を調整する、発熱体の製造方法。
<B3>
 前記発熱組成物における水の含有量は、該発熱組成物中の前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉100質量部に対して、70質量部以上であることが好ましく、80質量部以上であることがより好ましく、またその上限は、160質量部以下であることが好ましく、150質量部以下であることがより好ましい、前記<B1>又は<B2>に記載の発熱体の製造方法。
<B4>
 水を除去した後の前記塗布体に含まれる水分量が、最終的に得られる前記発熱体に含まれる水分量以下となるように、該塗布体から水を除去し、次いで
 最終的に得られる前記発熱体に含まれる水分量となるように、前記塗布体に水を添加する、前記<B1>~<B3>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B5>
 前記の「最終的に得られる前記発熱体に含まれる水分量以下」は、被酸化性金属100質量部に対して、好ましくは0質量部以上110質量部以下であり、より好ましくは0質量部以上100質量部以下である、前記<B4>に記載の発熱体の製造方法。
<B6>
 前記塗布体の前記発熱組成物が塗布されている面側から水を添加する、前記<B4>又は<B5>に記載の発熱体の製造方法。
<B7>
 不活性ガス雰囲気下で10℃以上300℃以下で乾燥して前記塗布体から水を除去する、前記<B1>~<B6>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B8>
 前記塗布体の乾燥温度は、10℃以上であることが好ましく、30℃以上であることがより好ましく、また300℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましい、前記<B7>に記載の発熱体の製造方法。
<B9>
 前記塗布体の乾燥時間は、2分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましく、また180分以下であることが好ましく、120分以下であることがより好ましい、前記<B7>又は<B8>に記載の発熱体の製造方法。
<B10>
 前記塗布体と吸水性材料とを接触させて該塗布体から水を除去する、前記<B1>~<B9>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B11>
 周面が前記吸水性材料からなる吸水ロールと補助ロールとの間に前記塗布体を供給して、該塗布体を該吸水性材料に接触させ、該塗布体から水を吸収して除去する、前記<B10>に記載の発熱体の製造方法。
<B12>
 前記吸水ロールのプレス線圧は、0.5N/m以上であることが好ましく、1.5N/m以上であることがより好ましく、300N/m以下であることが好ましく、50N/m以下であることがより好ましい、前記<B11>に記載の発熱体の製造方法。
<B13>
 前記吸水ロールによって前記塗布体から水を除去し、次いで、前記塗布体にハロゲン化物の塩を散布する、前記<B11>又は<B12>に記載の発熱体の製造方法。
<B14>
 前記塗布体と、前記吸水性材料からなる吸水性スポンジとを、好ましくは2000N/m以上600000N/m以下、更に好ましくは3500N/m以上40000N/m以下のプレス圧で面接触させて、該塗布体から水を除去する、前記<B10>に記載の発熱体の製造方法。
<B15>
 前記吸水性材料と前記基材シート上に塗布された前記発熱組成物との間に、透水性を有するシートを配しておくことが好ましい、前記<B10>~<B14>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B16>
 前記塗布体の水分量を最適量として、前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉100質量部に対して、好ましくは30質量部以上、より好ましくは40質量部以上、また、好ましくは110質量部以下、より好ましくは100質量部以下となるように調整する、前記<B1>~<B15>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B17>
 前記発熱体における前記発熱組成物の坪量は、50g/m以上であることが好ましく、100g/m以上であることがより好ましく、また、2500g/m以下であることが好ましく、2000g/m以下であることがより好ましい、前記<B1>~<B16>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B18>
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉は鉄を主体として含み、
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉中の金属鉄分の含有量は、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、またその上限は、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい、前記<B1>~<B17>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B19>
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉は、そのかさ密度が0.3g/cm以上であることが好ましく、0.4g/cm以上であることがより好ましく、またその上限は、1.5g/cm以下であることが好ましく、1.4g/cm以下であることがより好ましく、具体的には、0.3g/cm以上1.5g/cm以下であることが好ましく、0.4g/cm以上1.4g/cm以下であることがより好ましい、前記<B1>~<B18>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B20>
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉として粒状又は粉状のものを用い、
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉の平均粒子径は、10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、またその上限は、150μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、具体的には、10μm以上150μm以下であることが好ましく、20μm以上100μm以下であることがより好ましい、前記<B1>~<B19>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B21>
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉のBET比表面積は、0.1m/g以上であることが好ましく、0.2m/g以上であることがより好ましく、またその上限は、50m/g以下であることが好ましく、40m/g以下であることがより好ましい、前記<B1>~<B20>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
<B22>
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉の水銀圧入法による細孔容量は、1μm以上の範囲で、好ましくは0.3cm/g以上が好ましく、0.5cm/g以上であることがより好ましく、またその上限は、4.0cm/g以下であることが好ましく、3.0cm/g以下であることがより好ましく、且つ
 前記被酸化性金属又は前記発熱組成物用鉄粉の全細孔容量は、0.3cm/g以上であることが好ましく、0.5cm/g以上であることがより好ましく、またその上限は、4.0cm/g以下であることが好ましく、3.0cm/g以下であることがより好ましい、前記<B1>~<B21>の何れか1項に記載の発熱体の製造方法。
実施例
 以下、実施例により第2発明を更に詳細に説明する。しかしながら第2発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。
〔実施例B1〕
<発熱組成物の調製>
 被酸化性金属、炭素材料及び水を含有する発熱組成物を調製した。ここで用いた被酸化性金属は、かさ密度0.6g/cm、平均粒子径53μm、BET比表面積12m/g、水銀圧入法による細孔容量が1μm以上の範囲で0.9cm/gの発熱組成物用鉄粉(第1発明の発熱組成物用鉄粉)であった。この発熱組成物用鉄粉100質量部に対して、炭素材料(活性炭)を8質量部混合して混合物を調製した後、その混合物に水を114質量部、リン酸三カリウムを1.8質量部、増粘剤としてグアーガムを0.25質量部、及び48%水酸化カリウムを0.47質量部添加して更に混合し、目的とする発熱組成物を調製した。この発熱組成物は、流動性を有するものであった。
<発熱体の製造>
 製造装置として図3に示す製造装置10にて想定される工程をラボスケールにて再現し、図1(c)に示す発熱体2と同様の構成の発熱体を製造した。基材シート21として5cm×5cmの坪量32g/mの木材パルプ繊維からなる紙を用いて、その一面に発熱組成物を均一に塗布して塗布体を形成し、該塗布体4の上面全体にハロゲン化物の塩として塩化ナトリウムを均一に散布した。次に、第2基材シート22として5cm×5cmの坪量120g/mの高吸収性シートを該塗布体4の上面に重ねて積層体とした。この積層体を窒素雰囲気下で80℃、2時間加熱して、塗布体4を含む積層体から水を除去して絶乾状態とした後に、高吸収性シート側から発熱組成物用鉄粉100質量部に対して水を62質量部添加して、発熱体を製造した。塗布体4上に散布した塩化ナトリウムの含有量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して10質量部とした。製造した発熱体における水分量は発熱組成物用鉄粉100質量部に対して62質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は600g/mであった。
〔実施例B2〕
 前記<発熱体の製造>において、窒素雰囲気下で20℃、20分乾燥して、塗布体から水を除去して湿潤状態とした後に、水を添加しなかった以外は、実施例B1と同様にして、発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して62質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は600g/mであった。
〔実施例B3〕
 前記<発熱体の製造>において、発熱組成物を均一に塗布して塗布体を形成したのち、乾燥による水の除去に代えて、吸水性材料であるポリビニルアルコール製の吸水スポンジ(アイオン社製、ベルクリンD-3)をプレス圧7800N/mで接触させて吸水して、塗布体から水を除去して湿潤状態とした。次に、塗布体の上面全体に塩化ナトリウムを均一に散布し、高吸収性シートを塗布体の上面に重ねた。以上の点以外は、実施例B1と同様にして、発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して68質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は620g/mであった。
〔実施例B4〕
 前記<発熱組成物の調整>において、かさ密度0.4g/cm、平均粒子径98μm、BET比表面積26m/g、水銀圧入法による細孔容量が1μm以上の範囲で1.3cm/gである発熱組成物用鉄粉を用い、発熱組成物用鉄粉100部に対して水154質量部を添加した以外は、実施例B1と同様にして、実施例B4用の発熱組成物を調製した。そして、前記<発熱体の製造>において、実施例B4用の発熱組成物を用い、且つ塗布体から水を除去して絶乾状態とした後、水110質量部を添加した以外は、実施例B1と同様にして、発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して110質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は770g/mであった。
〔実施例B5〕
 前記<発熱組成物の調整>において、かさ密度1.5g/cm、平均粒子径15μm、BET比表面積48m/g、水銀圧入法による細孔容量が1μm以上の範囲で0.3cm/gである発熱組成物用鉄粉を用い、発熱組成物用鉄粉100部に対して水72質量部を添加した以外は、実施例1と同様にして、実施例B5用の発熱組成物を調製した。そして、前記<発熱体の製造>において、実施例B5用の発熱組成物を用い、且つ塗布体から水を除去して絶乾状態とした後、水110質量部を添加した以外は、実施例B1と同様にして、発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して110質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は770g/mであった。
〔実施例B6〕
 前記<発熱体の製造>において、塗布体から水を除去するための積層体の加熱条件を窒素雰囲気下、200℃、1時間とした以外は、実施例B1と同様にして、発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して62質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は600g/mであった。
〔実施例B7〕
 塗布体から水を除去するのに使用する吸水性材料としてパルプ紙(日本製紙クレシア(株)製、ケイドライ132-S)を用い、且つ該パルプ紙をプレス圧11800N/mで塗布体に接触させて吸水した以外は、実施例B3と同様にして、発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して71質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は630g/mであった。
〔比較例B1〕
 発熱体の製造において、水の除去及び添加を行わなかったほかは実施例B1と同様に発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して114質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は780g/mであった。
〔比較例B2〕
 発熱組成物の調製において、発熱組成物用鉄粉及び炭素材料(活性炭)の混合物に水62質量部を更に混合した発熱組成物は、流動性を有さない粒状のものであった。本比較例の発熱組成物は流動性を有さないので、該発熱組成物を基材シートに塗布できず、発熱体を製造することができなかった。
〔比較例B3〕
 発熱体の製造において、窒素雰囲気下で20℃、1時間乾燥して、塗布体から水を除去して湿潤状態とした後に、水を添加しなかった他は実施例C1と同様に発熱体を製造した。製造した発熱体における水分量は、発熱組成物用鉄粉100質量部に対して20質量部であった。製造した発熱体における発熱組成物の坪量は452g/mであった。
〔塗布特性の評価〕
 各実施例及び比較例において、調製した発熱組成物を基材シート上に塗布した際の、塗布性の良否を以下の基準によって評価した。結果を以下の表2に示す。
  A:発熱組成物を基材シート上に均一に塗布することができる。
  B:発熱組成物を基材シート上に塗布できない。
〔発熱特性の評価〕
 各実施例及び比較例で製造した発熱体を、一方の面が6.3cm×6.3cmの透気度3500秒/100mLの透気性シートと、他方の面が6.3cm×6.3cmの非透気性シートとからなる包材の内部に、透気性シートと該発熱体の高吸水性シートとが接するように封入し、各実施例及び比較例で製造した発熱体を内包した発熱具を作製した。包材は、透気性シート及び非透気性シートの周囲をシールすることで作製したものである。得られた各発熱具の発熱特性の評価を、JIS S 4100:2007の方法に準じて行った。詳細には、坪量100g/mのニードルパンチ不織布製の袋に挿入した各実施例及び比較例の発熱具を、40℃の恒温槽の上に置いて発熱特性を評価した。この袋は、ニードルパンチ不織布の三方をシールすることで袋状に形成したものである。温度計は、発熱具と恒温槽表面との間に配置し、且つ発熱具の非透気性シートが該温度計と対向するように配置した。発熱特性は、時間に対する温度の変化をプロットし、温度が45℃を上回る領域を時間で積分し、その面積(K・min)を算出した。各実施例及び比較例の発熱体を用いて作製した発熱具の発熱特性は、以下の基準によって評価した。結果を以下の表2に示す。
  A:発熱特性が500K・min以上である。
  B:発熱特性が500K・min未満である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すとおり、各実施例は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の範囲にある発熱組成物用鉄粉(被酸化性金属)を用い、且つ発熱組成物の水分量(水の混合量)を発熱組成物用鉄粉100質量部に対して70~160質量部の範囲に調整したことに起因して、発熱組成物が流動性を有しており、塗料特性が良好であった。また各実施例は、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の範囲にある発熱組成物用鉄粉を用い、且つ水の除去によって塗布体の水分量を発熱組成物用鉄粉100質量部に対して30~110質量部の範囲に調整したことに起因して、得られた発熱体を内包した発熱具の発熱特性が良好であった。これに対して比較例B1及びB3は、発熱組成物の塗料特性は良好であったが、比較例B1及びB3で得られた発熱体を内包した発熱具の発熱特性は不良であった。また、上述のとおり、比較例B2は、発熱組成物の流動性がなく、発熱体を製造することができなかった。
 以下、第3発明の発熱組成物用鉄粉の製造方法を、その好ましい実施形態に基づき説明する。
 第3発明の発熱組成物用鉄粉の製造方法、すなわちかさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉(第1発明の発熱組成物用鉄粉)の製造方法は、加熱炉の内部に、原料たる酸化鉄(Fe)と固体還元剤とを導入し、所定の条件で熱処理して該内部を還元性ガス雰囲気にし、該酸化鉄を還元して還元鉄(いわゆる海綿鉄)を得る還元工程と、該還元鉄を粉砕する粉砕工程とを有する。第3発明の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉は、各種物性のみならず、その外観も図2(a)に示すように特徴的であり、前述したとおり、表層部が、多数の繊維状物が3次元的にランダムに配置されて構成されている。
 第3発明では、還元鉄の原料として、酸化鉄(III)を含む酸化鉄を用いることが好ましい。一般に、還元鉄の原料たる酸化鉄としては、鉄鉱石の他に、鋼板、鋼管あるいは型鋼等の鋼材の熱間加工を行なう際に鋼材表面に生じる酸化鉄(いわゆるミルスケール)、あるいは鉄鋼製造工程における酸洗ラインの酸洗廃液を噴霧乾燥して得られる酸化鉄粉(いわゆる噴霧焙焼粉)などが用いられるが、第3発明で鉄源とするのは鉄鉱石(鉄鉱石の粒子)又は噴霧焙焼粉が好ましい。ミルスケールのような酸化鉄(III)純度の低い微粉末状原料を鉄源とした場合には、前述した繊維状構造を持つ発熱組成物用鉄粉(図2(a)参照)を安定的に製造することができず、所望の発熱特性が得られないおそれがある。
 第3発明で用いる鉄鉱石(酸化鉄)は、粒子すなわち鉄鉱石粒子である。鉄源として鉄鉱石(鉄鉱石粒子)を用いる場合、その平均粒子径は、還元工程における鉄鉱石粒子の作業性の観点から、好ましくは0.5mm以上、さらに好ましくは1.0mm以上である。鉄鉱石粒子の平均粒子径の下限を前記範囲とすることで、特に、前記還元工程において加熱炉として回転炉を用いる場合には、鉄鉱石粒子が回転炉内で飛散することを軽減でき、延いては、飛散した鉄鉱石粒子が回転炉の壁面からの伝熱により加熱されることにより、本来加熱されるべき鉄鉱石粒子への壁面からの伝熱が低下することを軽減できる。また特に、前記還元工程において加熱炉として固定炉を用いる場合には、鉄鉱石粒子と固体還元剤との混合が容易となり、また、鉄鉱石粒子を固体還元剤と共に耐熱容器(サガー)に充填して前記還元工程を実施する場合には、該耐熱容器への充填効率も高められる。
 鉄源として噴霧焙焼粉(酸化鉄)を用いる場合には、還元工程における作業性の観点から、その平均粒子径は、好ましくは0.01mm以上、さらに好ましくは0.02mm以上である。噴霧焙焼粉の平均粒子径の下限を前記範囲とすることで、特に、前記還元工程において加熱炉として回転炉を用いる場合には、噴霧焙焼粉が回転炉内で飛散することを軽減でき、延いては、飛散した噴霧焙焼粉が系外に流出することを抑制できる。また特に、前記還元工程において加熱炉として固定炉を用いる場合には、噴霧焙焼粉と固体還元剤との混合が容易になり、また、噴霧焙焼粉を固体還元剤と共に耐熱容器(ザガー)に充填して前記還元工程を実施する場合には、外耐熱容器への充填効率も高められる。
 また、前記還元工程における酸化鉄の被還元性、及び前述した繊維状構造の形成促進の観点から、酸化鉄(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)の平均粒子径は、好ましくは30mm以下、さらに好ましくは25mm以下である。前記還元工程における酸化鉄の還元反応は、該粒子の外部から内部に向かって進行するため、平均粒子径の上限を前記範囲とすることで、還元反応が進行しやすくなり、被還元性を良好にし繊維状構造形成を良好にできる。
 第3発明において「平均粒子径」とは、1)レーザー回折式粒度分布測定装置によって測定される体積基準のメジアン径であるか、又は2)測定対象(鉄鉱石粒子)の寸法を直接測定して得た測定値の算術平均値である。前記1)の体積基準のメジアン径は、例えば、株式会社堀場製作所製LA-950V2を用い、標準の湿式循環セルを利用し、屈折率を実数部3.5、虚数部3.8iとし、分散媒として水を用い屈折率を1.33とし、循環速度を15に、撹拌を5にそれぞれ設定し、常法に従って測定することができる。一方、前記2)の直接測定による測定値の算術平均値は、ノギス、マイクロメーター等の測定器を用いて、測定対象の粒子の長辺及び短辺の長さを測定して算出した算術平均値であり、より具体的には、JIS-Z8827-1に規定される最長フェレー径及び最短フェレー径を測定し、粒子20個以上を測定した算術平均値として算出される。
 第3発明で用いる酸化鉄(鉄鉱石粒子、噴霧焙焼粉)の純度、すなわち該酸化鉄中の酸化鉄(III)の質量含有量としては、前記還元工程における還元性の観点から、90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。酸化鉄の純度を前記範囲とすることで、前述した繊維状構造を持つ発熱組成物用鉄粉を安定的に製造することができ、金属鉄分の含有量を所望の範囲まで高めることができる。酸化鉄の純度を高めるためには、硫酸による洗浄を繰り返し行う必要があり、酸化鉄の純度を前記範囲とすることで、硫酸洗浄時に残留する硫黄分を所望の範囲まで減らすことができる。
 酸化鉄の純度の上限は特に制限を設けないが、特に、酸化鉄として噴霧焙焼粉を用いる場合、酸化鉄としての噴霧焙焼粉中の酸化鉄(III)の質量含有量としては、硫黄含有量の観点から、好ましくは99.9質量%以下、さらに好ましくは99.6質量%以下である。
 また第3発明では、酸化鉄と併用する還元剤として、固体還元剤を用いる。固体還元剤としては炭素系固体還元剤、プラスチック、木材などが挙げられ、これらの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
 固体還元剤として炭素系固体還元剤を用いる場合には、例えば、石炭、石炭チャー、コークス、;おが屑炭、やし殻炭、木質炭等のバイオマス炭が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。前述した繊維状構造を持つ発熱組成物用鉄粉(図2(a)参照)をより一層安定的に製造する観点から、炭素系固体還元剤としてはバイオマス炭が好ましい。
 固体還元剤としてプラスチックを用いる場合には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリ乳酸などのポリエステル、ポリスチレンなどの高分子ポリマーが挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、固体還元剤としてのプラスチックは、タルク、シリカ、炭酸カルシウム、酸化チタン、水酸化アルミニウムなどの無機フィラーを含有することができる。
 固体還元剤として木材を用いる場合には、例えば、丸太、板材、おがくず、パルプ、木質ペレットなどが挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。還元工程における原料ハンドリング性の観点から、固体還元剤としての木材としては、木質ペレットが好ましい。
 第3発明で用いる炭素系固体還元剤は、好ましくは粉体であり、その平均粒子径は、前記還元工程における炭素系固体還元剤の作業性の観点から、好ましくは0.03mm以上、さらに好ましくは0.05mm以上である。炭素系固体還元剤の平均粒子径の下限を前記範囲とすることで、特に、前記還元工程において加熱炉として回転炉を用いる場合には、炭素系固体還元剤が回転炉内で飛散することを軽減でき、延いては、飛散した炭素系固体還元剤が回転炉の壁面からの伝熱により加熱されることにより、本来加熱されるべき炭素系固体還元剤への壁面からの伝熱が低下することを軽減できる。また特に、前記還元工程において加熱炉として固定炉を用いる場合には、固体還元剤と鉄鉱石粒子との混合が容易となり、また、固体還元剤を酸化鉄(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)と共に耐熱容器(サガー)に充填して前記還元工程を実施する場合には、該耐熱容器への充填効率も高められる。
 また、前記還元工程における酸化鉄の還元性の観点から、固体還元剤(炭素系固体還元剤、プラスチック、木材)の平均粒子径は、好ましくは100mm以下、さらに好ましくは80mm以下である。固体還元剤の平均粒子径の上限を前記範囲とすることで、前記還元工程における前述した繊維状構造の形成を良好にできる。固体還元剤は、圧縮成形等の方法により粉末を成形して使用することもできる。
 また、固体還元剤として炭素系固体還元剤を用いる場合、該炭素系固体還元剤の炭素含有量は、該固体還元剤の全質量に対して、好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上である。炭素系固体還元剤の炭素含有量が少なすぎると、酸化鉄(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)の還元が不十分となるおそれがある。炭素系固体還元剤の炭素含有量の上限は、後述する揮発成分との関係から、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である。炭素系固体還元剤の炭素含有量は、JIS M8812に規定される、石炭およびコークス類の固定炭素分測定方法に準拠して測定される。
 また、第3発明で用いる固体還元剤(炭素系固体還元剤、プラスチック、木材)の揮発成分含有量は、該固体還元剤の全質量に対して、10質量%以上、好ましくは15質量%以上である。ここでいう、揮発成分含有量は、固体還元剤を加熱した際に該固体還元剤から揮発する成分の総含有量である。固体還元剤の揮発成分含有量の下限を前記範囲とすることで、酸化鉄(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)の還元を十分に行うことができる。
 また、固体還元剤として炭素系固体還元剤を用いる場合、該炭素系固体還元剤の揮発成分含有量の上限は、前述した炭素含有量との関係から、好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下である。固体還元剤の揮発成分含有量は、JIS M8812に規定される、石炭およびコークス類の揮発分定量方法に準拠して測定される。
 また、第3発明で用いる固体還元剤(炭素系固体還元剤、プラスチック、木材)の硫黄含有量は、該固体還元剤の全質量に対して、好ましくは500ppm以下、さらに好ましくは400ppm以下であり、理想的にはゼロである。固体還元剤に硫黄が含有されていると、前記還元工程において加熱炉の内部に固体還元剤由来の硫黄ガスが発生し、加熱炉をはじめとする製造設備の腐食を招くおそれがある。この点、固体還元剤の硫黄含有量が500ppm以下であれば、加熱炉の内部が硫黄ガスをほぼ含まない雰囲気とされるため、加熱炉をはじめとする製造設備の腐食を起こし難い。
 前記還元工程では、酸化鉄(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)と固体還元剤(炭素系固体還元剤、プラスチック、木材)とを熱処理する。この熱処理の方法としては、海綿鉄の製造に通常用いられる方法を適宜用いることができ、典型的には、サガーと呼ばれる耐熱容器に酸化鉄及び固体還元剤を充填し、該耐熱容器を加熱炉で間接加熱する方法が採られる。
 前記還元工程では、酸化鉄(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)と固体還元剤(炭素系固体還元剤、プラスチック、木材)とをそれぞれ粉体の状態で混合し、その混合物を熱処理することが、前述した繊維状構造形成の均一性のため好ましい。具体的には例えば、中空円筒状の耐熱容器(サガー)の中空部に、酸化鉄と固体還元剤とをそれぞれ粉体の状態で混合した混合物を充填し、該耐熱容器を加熱炉で間接加熱する方法が挙げられる。斯かる混合物における酸化鉄と固体還元剤との含有質量比は、酸化鉄/固体還元剤として、好ましくは1以上、さらに好ましくは1.5以上、そして、好ましくは18以下、さらに好ましくは9以下である。
 前記還元工程は加熱炉を用いて実施される。加熱炉としては、海綿鉄の製造に通常用いられる加熱炉を特に制限なく用いることができ、回転炉でもよく、非回転の固定炉でもよい。また加熱炉は、原料(酸化鉄、固体還元剤)と燃料ガス等の加熱媒体とを直接接触させる、すなわち原料を直接加熱する内燃式でもよく、あるいは、原料と加熱媒体とを直接接触させず、原料が導入された加熱炉の内部を画成する炉壁をその外側から加熱媒体で加熱する、即ち炉壁を介した伝熱により原料を間接加熱する外燃式でもよい。回転炉の具体例として、内燃式又は外燃式のロータリーキルンが挙げられる。内燃式のロータリーキルンには、例えば、加熱炉の内部に送り込んだ燃料ガスを燃焼させて、その燃焼熱で原料を加熱するタイプ、加熱炉の内部に吹き込んだ熱ガスで原料を加熱するタイプがある。一般に、内燃式の加熱炉は、原料が燃焼ガス、熱ガス等の加熱媒体に直接接触するため、該加熱媒体に含まれている粉塵等が原料に混入し、製品の品質を低下させることが懸念される。これに対し、外燃式の加熱炉は、原料が加熱媒体に接触しないため、内燃式に比べて熱効率が低いものの、粉塵等の混入による品質低下のおそれがない。前述した繊維状構造を持つ発熱組成物用鉄粉(図2(a)参照)をより一層安定的に製造する観点から、外燃式の固定炉又は回転炉を用いて熱処理を行うことが好ましい。
 原料(酸化鉄、固体還元剤)が導入される加熱炉の内部は、硫黄ガスを含まない、大気又は不活性ガス雰囲気とする必要がある。加熱炉の内部に硫黄ガスが存在すると、加熱炉をはじめとする製造設備の腐食を招くおそれがある。ここでいう「硫黄ガスを含まない」とは、具体的には、加熱炉の内部における硫黄ガスの濃度が好ましくは、炉の内部の全体積に対して500ppm以下、さらに好ましくは100ppm以下である状態を意味する。したがって第3発明では、加熱炉の内部に硫黄ガスを導入することはせず、また、原料としては、硫黄含有量がなるべく少ないものを用いることが好ましい。
 前記還元工程では、内部が硫黄ガスを含まない、大気又は不活性ガス雰囲気とされた加熱炉の該内部に、原料(酸化鉄、固体還元剤)を導入し、該内部の雰囲気温度が900℃以上1000℃以下となる条件で熱処理して該内部を還元性ガス雰囲気にし、酸化鉄を還元して還元鉄(海綿鉄)を得る。熱処理開始時点では、加熱炉の内部は、大気雰囲気又は窒素などの不活性ガス雰囲気であるが、原料の品温の上昇に伴い、固体還元剤(炭素系固体還元剤、プラスチック、木材)が分解して一酸化炭素が発生し、加熱炉の内部に拡散されることで、該内部は還元性ガス雰囲気となる。ここでいう「還元性ガス雰囲気」とは、一酸化炭素、水素、炭化水素ガス(メタン、エタン、プロパンなど)などを含む雰囲気のことである。この還元性ガス雰囲気において、一酸化炭素が酸化鉄(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)を還元し、還元鉄(Fe)が生成する。この時同時に二酸化炭素が生成されるところ、該二酸化炭素は固体還元剤と反応して一酸化炭素となり、該一酸化炭素が加熱炉の内部に拡散して酸化鉄を還元する。
 前記還元工程の熱処理において、加熱炉の内部の雰囲気温度が900℃以上1000℃以下の範囲外では、前述した繊維状構造を持つ発熱組成物用鉄粉(図2(a)参照)の製造が困難となる。熱処理時の加熱炉の内部の雰囲気温度は、好ましくは910℃以上、さらに好ましくは920℃以上、そして、好ましくは995℃以下、さらに好ましくは990℃以下である。
 また、前記還元工程の熱処理時間(雰囲気温度900℃以上1000℃以下が維持される時間)は、好ましくは0.5時間以上、さらに好ましくは1時間以上、そして、好ましくは8時間以下、さらに好ましくは6時間以下である。
 前記還元工程の熱処理において、酸化鉄の還元反応を促進する観点から、還元性ガス雰囲気における一酸化炭素及び二酸化炭素の合計含有量は多いほど好ましく、好ましくは50体積%以上、さらに好ましくは60体積%以上である。還元性ガス雰囲気における一酸化炭素及び二酸化炭素の合計含有量は、固体還元剤の使用量、パージガス等を適宜調整することによって調整可能である。
 前記還元工程において、熱処理中に加熱炉の内部に、該内部の酸化鉄の1.5質量%以下に相当する量の酸素を導入することが好ましい。酸化鉄の還元反応は吸熱反応であるところ、特に使用する還元炉が大型のものであると、還元反応の進行に伴って加熱炉の内外で温度差が生じ、これに起因して、加熱炉の内部に導入された酸化鉄の一部が十分に還元されないという不都合が懸念される。これに対し、加熱炉の内部に酸素を導入することで、その導入された酸素が固体還元剤中の炭素を燃焼させて燃焼熱が発生するため、還元反応によって失われた熱量分がこの燃焼熱で補われ、結果として斯かる懸念が払拭される。加熱炉の内部への酸素導入量を少なすぎない量で前記範囲とすることで、加熱炉の内部の熱量を補い酸化鉄を十分に還元できる。また、加熱炉の内部への酸素導入量を少なすぎない量で前記範囲とすることで、還元された酸化鉄の再酸化を防ぐことができる。なお、酸素導入量の基準となるのは、加熱炉の内部に導入された鉄源(鉄鉱石、噴霧焙焼粉)における酸化鉄の含有量である。
 前記還元工程によって得られた還元鉄は、必要に応じ選鉱処理に供された後、粉砕される(粉砕工程)。選鉱処理は、金属鉄分の純度が高い還元鉄を選出する処理であり、公知の方法を特に制限なく用いることができ、例えば、磁性のある金属鉄分と非磁性の成分(脈石)とを磁力で分離する方法(磁力選鉱法)を例示できる。
 前記粉砕工程において、還元鉄を粉砕する方法は特に限定されず、公知の方法を採用でき、例えば、ロッドミル、ロールクラッシャ、ボールミルなどの公知の粉砕機を用いて実施すればよい。
 尤も、前述した繊維状構造を持つ発熱組成物用鉄粉(図2(a)参照)をより一層安定的に製造する観点からは、還元直後の還元鉄が有する繊維状構造がなるべく維持されたまま粉体化されることが好ましく、そのためには、還元鉄の粉砕の程度を、従来よりも弱くすることが好ましい。例えば、従来の還元鉄の粉砕工程においては、一般的には、1.0kgの還元鉄に対して、振動式ロッドミル(例えば、中央化工機株式会社製、商品名「MB-1」)を用いて、8~12分程度の粉砕処理を実施するのに対し、第3発明の好ましい発熱組成物用鉄粉の製造においては、0.1kgの還元鉄に対して、振動式ディスクミル(例えば、ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、商品名「RS200」)を用いて、回転数700~1000rpmで5~30秒程度の粉砕処理を実施する。このような比較的弱い粉砕処理を還元鉄に施すことで、かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の範囲にあり且つ繊維状構造を持つ鉄粉がより一層安定的に得られる。
 前記粉砕工程を経て得られた鉄粉は、必要に応じ、所望の粒度に篩い分けされ、さらに熱処理に供されて、発熱組成物用鉄粉となる。
 前述した第3発明の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉は、第1発明の発熱組成物用鉄粉として、発熱組成物の材料として使用される。第3発明の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉の具体的な使用態様については、第1発明における前述した説明が適用される。図1には、第3発明の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉を用いた発熱具の一実施形態である発熱具1が示されている。発熱具1については前述したとおりであり、特に断らない限り、前述の第1発明の説明が適宜適用される。
 第3発明の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉の平均粒子径は、好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上、そして、好ましくは150μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。発熱組成物用鉄粉の平均粒子径が斯かる範囲にあることで、前述した効果(発熱組成物あるいは発熱体の発熱特性及びハンドリング性の向上効果)がより確実に奏されるようになる。発熱組成物用鉄粉の平均粒子径は、前述した粉砕工程における粉砕の程度を適宜調整することで調整可能である。
 第3発明の製造方法によって製造された発熱組成物用鉄粉は、金属鉄分の含有量が、好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、そして、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である。発熱組成物用鉄粉における金属鉄分の含有量が斯かる範囲にあることで、前述した効果(発熱組成物あるいは発熱体の発熱特性及びハンドリング性の向上効果)がより確実に奏されるようになる。鉄粉における金属鉄分の含有量は、例えばISO5416に規定される臭素-メタノール溶解法などによって測定される。鉄粉における金属鉄分の含有量の調整は、還元条件や、還元後の熱処理条件等を適宜調整することで実施可能である。
 以上、第3発明をその実施形態に基づいて説明したが、第3発明は、前記実施形態に制限されることなく適宜変更が可能である。前述した第3発明の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
<C1>
 前記<A1>に記載の発熱組成物用鉄粉(かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉)の製造方法であって、
 内部が硫黄ガスを含まない、大気又は不活性ガス雰囲気とされた加熱炉の該内部に、酸化鉄と、揮発成分含有量が10質量%以上である固体還元剤とを導入し、該内部の雰囲気温度が900℃以上1000℃以下となる条件で熱処理して該内部を還元性ガス雰囲気にし、該酸化鉄を還元して還元鉄を得る還元工程と、
 前記還元鉄を粉砕する工程とを有する、発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C2>
 前記酸化鉄と前記固体還元剤とをそれぞれ粉体の状態で混合し、その混合物を前記還元工程において熱処理する前記<C1>に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C3>
 前記固体還元剤が炭素系固体還元剤であり、該炭素系固体還元剤の平均粒子径が0.03mm以上100mm以下であり、且つ炭素含有量が50質量%以上、硫黄含有量が500ppm以下である前記<C1>又は<C2>に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C4>
 前記炭素系固体還元剤の平均粒子径が、好ましくは0.03mm以上、さらに好ましくは0.05mm以上、そして、好ましくは100mm以下、さらに好ましくは80mm以下である前記<C3>に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C5>
 前記固体還元剤が炭素系固体還元剤であり、該炭素系固体還元剤の炭素含有量が、該固体還元剤の全質量に対して、好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、そして、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である前記<C1>~<C4>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C6>
 前記固体還元剤が炭素系固体還元剤であり、該炭素系固体還元剤の硫黄含有量が、該固体還元剤の全質量に対して、好ましくは500ppm以下、さらに好ましくは400ppm以下である前記<C1>~<C5>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C7>
 前記固体還元剤がプラスチックである前記<C1>又は<C2>に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C8>
 前記固体還元剤が木材である前記<C1>又は<C2>に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C9>
 前記酸化鉄が鉄鉱石であり、該鉄鉱石の平均粒子径が、好ましくは0.5mm以上、さらに好ましくは1.0mm以上、そして、好ましくは30mm以下、さらに好ましくは25mm以下、具体的には、好ましくは0.5mm以上30mm以下、さらに好ましくは1.0mm以上25mm以下である前記<C1>~<C8>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C10>
 前記酸化鉄が噴霧焙焼粉であり、該噴霧焙焼粉の平均粒子径が、好ましくは0.01mm以上、さらに好ましくは0.02mm以上、そして、好ましくは30mm以下、さらに好ましくは25mm以下、具体的には、好ましくは0.01mm以上30mm以下、さらに好ましくは0.02mm以上25mm以下である前記<C1>~<C8>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C11>
 前記還元工程において、前記加熱炉の内部に、該内部の前記酸化鉄の1.5質量%以下に相当する量の酸素を導入する前記<C1>~<C10>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C12>
 前記還元性ガス雰囲気における一酸化炭素及び二酸化炭素の合計含有量が、好ましくは50体積%以上、さらに好ましくは60体積%以上である前記<C1>~<C11>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C13>
 前記加熱炉が、炉壁を介した伝熱により該加熱炉の内部の熱処理対象を加熱する、外燃式の固定炉又は回転炉である前記<C1>~<C12>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C14>
 前記発熱組成物用鉄粉における金属鉄分の含有量が、好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、そして、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下、具体的には、好ましくは60質量%以上95質量%以下、さらに好ましくは70質量%以上90質量%以下である前記<C1>~<C13>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C15>
 前記熱処理時の加熱炉の内部の雰囲気温度が、好ましくは910℃以上、さらに好ましくは920℃以上、そして、好ましくは995℃以下、さらに好ましくは990℃以下である前記<C1>~<C14>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C16>
 前記還元工程の熱処理時間、すなわち前記雰囲気温度900℃以上1000℃以下が維持される時間が、好ましくは0.5時間以上、さらに好ましくは1時間以上、そして、好ましくは8時間以下、さらに好ましくは6時間以下である前記<C1>~<C15>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
<C17>
 前記還元鉄を粉砕する工程において、0.1kgの還元鉄に対して、振動式ディスクミルを用いて、回転数700~1000rpmで5~30秒程度の粉砕処理を実施する前記<C1>~<C16>の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
実施例
 以下、第3発明を実施例により更に具体的に説明するが、第3発明は斯かる実施例に限定されるものではない。
〔実施例C1~C4、C7~C10及び比較例C1~C6〕
 鉄鉱石(Fe:96.4質量%、SiO:2.0質量%、Al:1.6質量%、平均粒子径20mm)を鉄源として用いた。ポリエチレン製の袋(株式会社生産日本社製ユニパックF-8)に鉄源70gと固体還元剤30gとを入れて振り混ぜることで混合物を得、該混合物を、内径100mm、長さ110mmのSUS303製の耐熱容器に充填した。加熱炉として外燃式の固定炉(株式会社デンケン製、KDF-900GL)を用い、該加熱炉の内部に、前記混合物が充填された容器を静置し、該容器を熱処理して鉄源の還元処理を実施し、還元鉄を得た(還元工程)。熱処理(還元処理)は、窒素雰囲気下で、常温から10℃/minで所定温度まで昇温し、その所定温度を2.5時間保持した後、常温まで徐冷することで行った。また、熱処理中に加熱炉の内部に酸素を所定量導入した。熱処理後、容器から還元鉄を取り出し、振動式ディスクミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、RS200、SUS製標準粉砕セット)を用い、回転数700rpmで10秒間粉砕することによって粗鉄粉を得た(粉砕工程)。得られた粗鉄粉を、目開き250μmの試験ふるい(東京スクリーン株式会社製JTS-250-60-37)を用いて、ロータップ試験機(株式会社吉田製作所製1038-A)によって5分間ふるい分けを行って粗粉を除去し、目的とする発熱組成物用鉄粉を得た。使用した固体還元剤はいずれも炭素系固体還元剤であり、その詳細は下記のとおり。
・固体還元剤A:やし殻炭(平均粒子径0.05mm、炭素含有量78質量%、揮発成分含有量15質量%、硫黄含有量300ppm)
・固体還元剤B:おが屑炭(平均粒子径0.15mm、炭素含有量77質量%、揮発成分含有量21質量%、硫黄含有量50ppm)
・固体還元剤C:木質炭(平均粒子径0.2mm、炭素含有量74質量%、揮発成分含有量25質量%、硫黄含有量40ppm)
・固体還元剤D:チャー(平均粒子径20mm、炭素含有量85質量%、揮発成分含有量9質量%、硫黄含有量2500ppm)
・固体還元剤E:コークス(平均粒子径0.05mm、炭素含有量90質量%、揮発成分含有量3質量%、硫黄含有量4600ppm)
〔実施例C5〕
 鉄鉱石(Fe:96.4質量%、SiO:2.0質量%、Al:1.6質量%、平均粒子径10mm)を鉄源として用いた以外は、実施例C1と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例C6〕
 鉄鉱石(Fe:96.4質量%、SiO:2.0質量%、Al:1.6質量%、平均粒子径0.5mm)を鉄源として用いた以外は、実施例C1と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例C11〕
 鉄源を13.3kg、固体還元剤として固体還元剤Bを5.7kg、バッチ式回転炉(内直径300mm、加熱帯長さ1000mm、SUS310S製)に導入し、熱処理を空気流量1L/minで常温から10℃/minで所定温度まで昇温し、空気流量0L/minで所定温度で2.5時間保持し、常温まで徐冷することで熱処理(還元処理)を行った以外は、実施例C1と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例C12〕
 鉄源として噴霧焙焼粉(JC-DS、JFEケミカル株式会社製)、固体還元剤としてプラスチック(固体還元剤F:ポリエチレン(ノバテックLD、三菱ケミカル株式会社製、揮発成分含有量100質量%))を60g、内径100mm、長さ110mmのSUS303製のフタ付き耐熱容器を用い、常温から25℃/minで所定温度まで昇温し、3.5時間保持し、熱処理中に加熱炉の内部に酸素を導入しなかった以外は、実施例C1と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例C13〕
 固体還元剤としてプラスチック(固体還元剤G:ポリプロピレン(MF650Y、LyondellBasell社製、揮発成分含有量100質量%))を用いた以外は実施例C12と同様に実施して発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例C14〕
 固体還元剤として固体還元剤Fを30g、固体還元剤Aを10g用い、熱処理中に加熱炉の内部に酸素を所定量導入した以外は、実施例C12と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例C15〕
 鉄源として鉄鉱石を70g、固体還元剤として木材60g(固体還元剤H:木質ペレット、楽ちん猫トイレ消臭・抗菌パインサンド、アイリスオーヤマ株式会社製、揮発成分含有量86質量%)を使用し、所定温度で3.5時間保持した以外は、実施例C12と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔実施例C16〕
 鉄源として鉄鉱石を70g、固体還元剤としてプラスチック60g(固体還元剤G)を用いた以外は、実施例C14と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔比較例C7〕
 固体還元剤を使用しなかった以外は実施例C1と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔比較例C8〕
 鉄源を13.3kg、固体還元剤として固体還元剤Dを5.7kg、バッチ式回転炉(内直径300mm、加熱帯長さ1000mm、SUS310S製)に導入し、熱処理を空気流量1L/minで常温から10℃/minで所定温度まで昇温し、空気流量0L/minで所定温度で2.5時間保持し、常温まで徐冷することで熱処理(還元処理)を行った以外は、実施例C11と同様にして発熱組成物用鉄粉を得た。
〔評価試験〕
 各実施例及び比較例で得られた発熱組成物用鉄粉について、かさ密度及び金属鉄分の含有量をそれぞれ測定し、また、電子顕微鏡を用いて図2(a)に示す如き繊維状構造の有無を評価した。また、発熱組成物用鉄粉の製造に使用した加熱炉の内部を目視観察し、炉材の腐食の有無を評価した。
 また、各実施例及び比較例で得られた発熱組成物用鉄粉を用いて下記方法により塗料を調製し、該塗料の保存安定性を下記方法により評価した。
 また、前記塗料を用いて下記方法により発熱体を製造し、該発熱体の発熱特性を下記方法により評価した。
 以上の結果を下記表3及び4に示す。
(塗料の調製)
 各実施例及び比較例の鉄粉を用いて塗料を調製した。塗料の組成は、鉄粉100質量部、炭素材料(活性炭)8質量部、増粘剤(グアーガム)0.3質量部、水60質量部、電解質(塩化ナトリウム)5質量部とした。塗料の調製は、先ず、鉄粉と炭素材料とを混合した後、その混合物に、水及び増粘剤を混合した液を加え、これらを均一に混合することで行った。
(発熱体の製造)
 各実施例及び比較例の鉄粉を用いて調製した塗料を用い、図1(c)に示す発熱体2と同様の構成の発熱体を製造した。基材シート21として5cm×5cmの坪量70g/mの木材パルプ繊維からなる紙を用い、基材シート22として5cm×5cmの坪量80g/mの下記高吸水性シートを用いた。基材シート21の一面に塗料を均一に塗工して塗工層を形成し、該塗工層の全体にハロゲン化物の塩の粉体(塩化ナトリウム)を均一に添加した後、基材シート22を重ねることで、発熱体2と同様の構成の発熱体を製造した。発熱組成物におけるハロゲン化物の塩の含有量は、該発熱組成物中の鉄粉100質量部に対して5質量部とした。発熱体における発熱組成物の坪量は587g/mであった。
(高吸水性シートの準備)
 基材シート22として用いた高吸水性シートは、特許第5894747号公報の明細書に記載の方法に従い製造した。この高吸水性シートは、ポリアクリル酸ナトリウム系の高吸収性ポリマーの粒子が、該シートの厚み方向略中央域に主として存在しており、且つ該シートの表面には該粒子が実質的に存在していない構造を有する1枚のシートである。高吸水性シートは、高吸収性ポリマーの粒子の存在部位を挟んで表裏に親水性の架橋嵩高セルロース繊維の層を有している。架橋嵩高セルロース繊維は、その繊維粗度が0.22mg/mであり、繊維長さの平均値は2.5mmであった。架橋嵩高セルロース繊維の層はさらに、針葉樹晒クラフトパルプ、紙力増強剤(ポリビニルアルコール)を含んでいるものであった。高吸収性ポリマーの粒子は平均粒径340μmのものを使用した。高吸収性ポリマー粒子の坪量は30g/mであり、高吸水性シートすなわち基材シート22の坪量は80g/mであった。
<塗料の保存安定性の評価方法>
 塗料の保存安定性は、塗料作製直後と、塗料作製直後から24時間静置後の固形分とを比較して評価した。塗料の固形分は、塗料の水分を加熱除去し、その残分質量を測定することで評価した。例えばメトラートレド株式会社製水分率計HR83を用い、1gの塗料を120℃、30分間乾燥させ、その残分質量を測定した。作成直後の固形分に対し、24時間静置後の固形分が変わらないものをGood(最高評価)とし、24時間後に2%以上固形分が変化するものをNGとした。塗料の保存安定性はハンドリング性と密接に関連し、保存安定性の高い塗料は、ハンドリング性に優れ、扱いやすく塗工適性に優れると評価できる。
<発熱体の発熱特性の評価方法>
 各実施例及び比較例で製造した発熱体を用いて、図1に示す発熱具1と同様の構成の発熱具を作製した。発熱体を包囲する包材として、該発熱体の一面側に配される被覆シートが、6.3cm×6.3cmの透気度3500秒/100mLの透気性シートからなり、該発熱体の他面側に配される被覆シートが、6.3cm×6.3cmの非透気性シートからなる包材を用いた。この包材の内部(両被覆シート間)に、評価対象の発熱体を、包材の透気性シートと発熱体の高吸水性シートとが接するように収容し、両被覆シートの周縁をシールして、該発熱体を内包した発熱具を作製した。
 こうして作製した、各実施例及び比較例の発熱体を用いた発熱具の発熱特性の評価を、JIS S 4100:2007の方法に準じて行った。詳細には、評価対象の発熱具を、坪量100g/mのニードルパンチ不織布製の袋に収容し、該袋を40℃の恒温槽の上面に直接置いて発熱特性を評価した。この袋は、平面視四角形形状のニードルパンチ不織布の三方をシールすることで袋状に形成したものである。温度測定に用いる温度計は、発熱具と恒温槽の上面すなわち該発熱具の載置面との間に配置し、且つ基材シート21が該温度計と対向するように配置した。発熱体の温度特性は、時間に対する温度の変化をプロットすることで表し、温度が45℃を上回る領域を時間で積分し、その面積(K・min)で比較し、300K・minを上回るものをGood(最高評価)とし、それ以下のものをNGとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 第1発明によれば、発熱特性及びハンドリング性に優れる発熱組成物用鉄粉及び発熱組成物が提供される。
 第2発明によれば、発熱特性に優れる発熱体を製造することができる。
 第3発明によれば、発熱特性及びハンドリング性に優れる発熱組成物用鉄粉を効率よく製造することができる。

Claims (24)

  1.  かさ密度が0.3g/cm以上1.5g/cm以下の発熱組成物用鉄粉。
  2.  請求項1に記載の発熱組成物用鉄粉、炭素材料、ハロゲン化物の塩及び水を含有する発熱組成物。
  3.  前記発熱組成物用鉄粉の平均粒子径が、20μm以上150μm以下である請求項2に記載の発熱組成物。
  4.  前記発熱組成物用鉄粉の金属鉄分の含有量が、60質量%以上95質量%以下である請求項2又は3に記載の発熱組成物。
  5.  前記発熱組成物用鉄粉のBET比表面積が、0.1m/g以上である請求項2~4の何れか1項に記載の発熱組成物。
  6.  流動性を有するスラリー組成物である請求項2~5の何れか1項に記載の発熱組成物。
  7.  前記発熱組成物用鉄粉の水銀圧入法による細孔容量が、1μm以上の範囲で、0.3cm/g以上である請求項2~6の何れか1項に記載の発熱組成物。
  8.  前記発熱組成物用鉄粉の表層部は、多数の繊維状物が3次元的にランダムに配置されて構成されている請求項2~7の何れか1項に記載の発熱組成物。
  9.  請求項2~8の何れか1項に記載の発熱組成物を含む発熱体。
  10.  請求項1に記載の発熱組成物用鉄粉の発熱体への使用。
  11.  請求項1に記載の発熱組成物用鉄粉、炭素材料及び水を含有し、且つ流動性を有する発熱組成物を基材シート上に塗布して塗布体を形成し、
     前記塗布体から水を除去して、該塗布体の水分量を調整する、発熱体の製造方法。
  12.  水を除去した後の前記塗布体に含まれる水分量が、最終的に得られる前記発熱体に含まれる水分量以下となるように、該塗布体から水を除去し、次いで
     最終的に得られる前記発熱体に含まれる水分量となるように、前記塗布体に水を添加する、請求項11に記載の発熱体の製造方法。
  13.  不活性ガス雰囲気下で10℃以上300℃以下で乾燥して前記塗布体から水を除去する、請求項11又は12に記載の発熱体の製造方法。
  14.  前記塗布体と吸水性材料とを接触させて該塗布体から水を除去する、請求項11又は12に記載の発熱体の製造方法。
  15.  請求項1に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法であって、
     内部が硫黄ガスを含まない、大気又は不活性ガス雰囲気とされた加熱炉の該内部に、酸化鉄と、揮発成分含有量が10質量%以上である固体還元剤とを導入し、該内部の雰囲気温度が900℃以上1000℃以下となる条件で熱処理して該内部を還元性ガス雰囲気にし、該酸化鉄を還元して還元鉄を得る還元工程と、
     前記還元鉄を粉砕する工程とを有する、発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  16.  前記酸化鉄と前記固体還元剤とをそれぞれ粉体の状態で混合し、その混合物を前記還元工程において熱処理する請求項15に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  17.  前記固体還元剤が炭素系固体還元剤であり、該炭素系固体還元剤の平均粒子径が0.03mm以上100mm以下であり、且つ炭素含有量が50質量%以上、硫黄含有量が500ppm以下である請求項15又は16に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  18.  前記固体還元剤がプラスチックである請求項15又は16に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  19.  前記固体還元剤が木材である請求項15又は16に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  20.  前記酸化鉄が鉄鉱石であり、該鉄鉱石の平均粒子径が、0.5mm以上30mm以下である請求項15~19の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  21.  前記還元工程において、前記加熱炉の内部に、該内部の前記酸化鉄の1.5質量%以下に相当する量の酸素を導入する請求項15~20の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  22.  前記還元性ガス雰囲気における一酸化炭素及び二酸化炭素の合計含有量が、50体積%以上である請求項15~21の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  23.  前記加熱炉が、炉壁を介した伝熱により該加熱炉の内部の熱処理対象を加熱する、外燃式の固定炉又は回転炉である請求項15~22の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
  24.  前記発熱組成物用鉄粉における金属鉄分の含有量が、60質量%以上95質量%以下である請求項15~23の何れか1項に記載の発熱組成物用鉄粉の製造方法。
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