(57)【要約】【課題】発熱温度の立ち上がりが早くかつ発熱温度を一定に調整できる蓄熱材組成物、およびそれを用いた加温パックを提供する。【解決手段】蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱物質と融点調整剤を含有し、潜熱蓄熱物質１００質量部に対して、融点調整剤を７５〜１４５質量部含有する。潜熱蓄熱物質としては酢酸ナトリウムが用いられ、融点調整剤としては水または多価アルコールが好ましく用いられる。加温パックは、前記蓄熱材組成物を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱物質１００質量部および融点調整剤７５〜１４５質量部を含有する蓄熱材組成物であって、潜熱蓄熱物質が酢酸ナトリウムである、蓄熱材組成物。
【請求項２】
融点調整剤が水および多価アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の蓄熱材組成物。
【請求項３】
さらに増粘剤を含有する請求項１または２に記載の蓄熱材組成物。
【請求項４】
増粘剤がエチレングリコールおよびポリアクリル酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項３に記載の蓄熱材組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物を含む加温パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱温度の立ち上がりが早くかつ発熱温度を一定に調整できる蓄熱材組成物およびそれを含む加温パック、特に４０〜５５℃の範囲内の一定温度を所定時間維持できる加温パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酢酸ナトリウム３水塩などの潜熱蓄熱物質を主成分とする潜熱蓄熱材組成物は、相変化（固液相変化）時の潜熱が大きいことおよび融点温度が約６０℃前後であることなどから、深夜電力利用や廃熱利用による暖房用などに有用であることが知られている。
【０００３】
例えば、一般式ＣＨ3ＣＯＯＮａ・ｎＨ2Ｏ（ｎは２．８〜３．２）の組成を有する酢酸ナトリウム水和物１００質量部に対し、エチレングリコール１〜２０質量部と複数の塩類、特に塩化カリウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、の単独乃至混合したもの０．１〜２０質量部と錯塩が酢酸キレート化合物の単独および混合物、好ましくはキレート化合物の混合比（質量比）９／１〜１／９の混合物０．１〜２０質量部を混合して、フィラー０．１〜１０質量部、グラファイトを０．１〜１０質量部を混合してなる潜熱蓄熱材組成物が、融点／凝固点が２８〜５０℃の温度域の範囲にあり、加熱器具の保温、廃棄熱回収システム、空調用暖房システムの蓄熱材として使用できる潜熱蓄熱材組成物が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、潜熱蓄熱物質として硫酸ナトリウム、水、四ホウ酸ナトリウム１０水塩などの過冷却防止剤、不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸およびそれらの塩、カルボキシメチルセルロースまたは微粉末シリカなどの固液分離防止剤からなり、硫酸ナトリウム１モルに対して水２８〜６０モルを含有する蓄熱材組成物が提案されている（特許文献２）。
この潜熱蓄熱材組成物は、粘稠な液体あるいはゼリー状の固体であるので複雑な形状の容器に容易に収納することができ、建造物の躯体蓄熱などに用いられることが開示されているが、硫酸ナトリウム１０水塩は３２℃に融点温度を有するため、その利用温度域が低いなどの問題がある外、融解〜凝固サイクルを繰り返すと比重の大きい成分が沈殿して２相に分離するという相分離が発生する問題があり、融解〜凝固、すなわち蓄熱〜放熱の繰り返しにより相分離が発生すると、発熱量の減少や、極端な場合は蓄熱しなくなるばかりか、過冷却現象が大きくなり、所定の温度で凝固しなくなる問題が発生する。
【０００５】
また、キシリトール、トレイトール、エリスリトールなどの水溶性の糖アルコール類、または、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸アンモニウムアルミニウム、硫酸アンモニウムカリウム、硫酸マグネシウム、リン酸ナトリウムなどの無機水和塩からなる潜熱蓄熱物質と、水と、セルロースなどの非水溶性の微小繊維からなる相分離防止剤と、増粘剤などから構成される放熱時においても流動が可能な、融点温度域が６０〜９０℃である潜熱蓄熱材が提案されている（特許文献３）。
【０００６】
また、酢酸ナトリウム３水塩を主成分とする潜熱蓄熱材１００質量部に対して、柔軟性付与成分として数平均分子量４００以下のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンおよびポリビニルアルコールなどのポリオールを１０〜５０質量部配合してなる蓄熱材組成物が提案されている（特許文献４）。
柔軟性付与成分として所定の数平均分子量を有するポリオールを所定量配合することにより、潜熱蓄熱材の結晶が大きく成長せず、結晶に柔軟性を付与できることが開示されている。
しかし相分離防止剤を使用しないので、融解〜凝固サイクルを繰り返すと前記のように相分離が発生する問題があり、蓄熱〜放熱の繰り返しにより相分離が発生すると、発熱量の減少や、極端な場合は蓄熱しなくなるばかりか、過冷却現象が大きくなり、所定の温度で凝固しなくなる問題が発生する。
【０００７】
一方、本発明者等は先に、相変化（固液相変化）時の潜熱を利用する、凝固時に全体的に凝固するタイプの潜熱蓄熱材組成物であって、１００μｍ以上の長さの長繊維状パリゴルスカイトを必須成分として配合することにより、融解〜凝固サイクルを長時間繰り返しても相分離せず、安定して蓄熱〜放熱を繰り返すことができる耐久性および信頼性の高い潜熱蓄熱材組成物およびその製法を提案した（特許文献５）。
【０００８】
また、特定の潜熱蓄熱材組成物が提案されている（特許文献６）。特許文献６では、相分離せず、過冷却現象が発生せず、優れた蓄熱〜放熱を安定して繰り返すことができる流動可能な熱搬送媒体として利用できる耐久性および信頼性の高い柔軟性ないし流動性を有する潜熱蓄熱材組成物の提供を目的とするものであり、発熱温度の立ち上がりが早くかつ発熱温度を一定に調整できるという効果およびその組成については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−０３１９５６号公報
【特許文献２】特開２０００−１６０１５１号公報
【特許文献３】特許第４８３０６３９号公報
【特許文献４】特開２００１−１３９９３９号公報
【特許文献５】特許第５０６２７２９号公報
【特許文献６】特開２０１５−２１８２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、発熱温度の立ち上がりが早くかつ発熱温度を一定に調整できる蓄熱材組成物およびそれからなる加温パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。
すなわち本発明は、潜熱蓄熱物質１００質量部および融点調整剤７５〜１４５質量部を含有する蓄熱材組成物であって、潜熱蓄熱物質が酢酸ナトリウムである、蓄熱材組成物、およびそれを含む加温パックである。
【００１２】
本発明は、次の態様を含む。
［１］潜熱蓄熱物質１００質量部および融点調整剤７５〜１４５質量部を含有する蓄熱材組成物であって、潜熱蓄熱物質が酢酸ナトリウムである、蓄熱材組成物。
［２］融点調整剤が水および多価アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種である、［１］に記載の蓄熱材組成物。
［３］さらに増粘剤を含有する［１］または［２］に記載の蓄熱材組成物。
［４］増粘剤がエチレングリコールおよびポリアクリル酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である、［３］に記載の蓄熱材組成物。
［５］［１］〜［４］のいずれかに記載の蓄熱材組成物を含む加温パック。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蓄熱材組成物は、発熱温度の立ち上がりが早くかつ発熱温度を一定に調整できる。本発明の加温パックは、４０〜５５℃の範囲内の一定温度を所定時間維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１〜５の加温パックを発熱させたときの温度の経時変化を示す。
【図２】図２は、実施例６および７ならびに比較例１および２の加温パックを発熱させたときの温度の経時変化を示す。
【図３】図３は、比較例３および４の加温パックを発熱させたときの温度の経時変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の蓄熱材組成物は、潜熱蓄熱物質と融点調整剤を含有する。
潜熱蓄熱物質としては、酢酸ナトリウムを用いる。潜熱蓄熱物質は含水塩であってもよい。ただし含水塩の場合にはその水分は融点調節剤の質量として加算する。
【００１６】
融点調整剤としては、水、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、尿素、多価アルコール類等が挙げられ、その中でも多価アルコール、水が好ましく、特に好ましくは水である。多価アルコールとしては、木材パルプ、メチルセルロース、アルギン酸塩、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
【００１７】
本発明の潜熱蓄熱物質と融点調整剤を含有する蓄熱材組成物における潜熱蓄熱物質と融点調整剤の割合は、潜熱蓄熱物質１００質量部に対して、融点調整剤が７５〜１４５質量部質量部であり、好ましくは１０５〜１３０質量部であり、特に好ましくは１１５〜１２５質量部である。
融点調整剤の含有量がこの範囲以外であると発熱温度の立ち上がりが遅く、所望の発熱温度が得られない。
【００１８】
本発明の蓄熱材組成物は、粘度調整が可能なことから、増粘剤を含有することが好ましく、該増粘剤としてはポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース、キサンタンガム、エチレングリコール等が挙げられ、その中でも低温でも結晶化せずに安定的なことからエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム等が好ましく、特に好ましくはエチレングリコールである。
【００１９】
本発明の蓄熱材組成物は、既知の発核材を用いた方法などで容易に発熱できるが、発熱をより確実に行うために種結晶を別途添加することが好ましく、該種結晶としては酢酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カルシウム、リン酸水素二ナトリウム、炭酸ナトリウム、硝酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硫酸アンモニウムアルミニウム、硫酸カリウムアルミニウムの無機水和塩、キシリトール、トレイトール、エリスリトール、マンニトール、ガラクチトールなど等が挙げられ、その中でも潜熱蓄熱物質として選択した物質の種結晶がより好ましい。
蛇紋粉、セピオライト（海泡石）、パリゴルスカイト、ワイン珪藻土、ワラストナイト（珪灰石）、ゼオライト（沸石）、御影石（花崗岩）、大理石、珊瑚石、寒水石、バーミキュライト（蛭石）、トルマリン（電気石）、蛍石、方解石、ガラス繊維、蛇紋岩などの鉱物を適度に破砕したものも、発核材として用いることができる。
発核材は蓄熱材組成物とは隔離された状態で保存され、発熱開始時に適当な方法で添加される。例えば発核材を内包した個袋を破ること、発核材と蓄熱材組成物間の隔壁を破ることなどが例示できる。
【００２０】
また、本発明の蓄熱材組成物は相分離防止剤、過冷却防止剤等を含有していてもよい。
相分離防止剤としては、長繊維状パリゴルスカイトおよび長繊維状セピオライトが挙げられるが、これらに限定されない。
過冷却防止剤としては、ピロリン酸ナトリウム１０水塩、四ホウ酸ナトリウム１０水塩、炭酸ナトリウム１水塩、臭素酸バリウム１水塩、硫酸カルシウム２水塩、ピロリン酸二水素二ナトリウム６水塩、塩化カルシウム、臭化カルシウム、リン酸水素第二ナトリウム１２水塩、フッ化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウム、硫化バリウム、リン酸三ナトリウム１２水塩、酒石酸カルシウム、臭化ナトリウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、フッ化カルシウムが挙げられる。
【００２１】
本発明の蓄熱材組成物は潜熱蓄熱物質と融点調整剤、所望によりその他の成分を混合することにより製造できる。
【００２２】
本発明の蓄熱材組成物は、発熱時の立ち上がりが早くかつ長時間発熱時の温度を一定に維持できることから、加温パックに用いることができ、その中でも酵素反応、抗原抗体反応、恒温遺伝子増幅反応、タンパク質合成反応などを効率的に行うための加温パックとして用いることが好ましい。
【００２３】
加温パックとしては、物理的または化学的に発熱させることで一定温度で所定時間維持可能なものである。自発的加温手段の一例として、過冷却状態の潜熱蓄熱物質（好ましくは酢酸ナトリウムを含む溶液）を封入したパウチが挙げられ、当該パウチに適切な刺激を与えたり、極微量の潜熱蓄熱物質（好ましくは酢酸ナトリウム）種結晶を添加することで、パウチ内に潜熱蓄熱物質（好ましくは酢酸ナトリウム）の結晶が生じ（潜熱蓄熱物質（好ましくは酢酸ナトリウム）が相転移し）、熱が発生する。なお前記例の自発的加温手段は、使用後のパウチを熱湯にさらすなどの熱を加えることで潜熱蓄熱物質（好ましくは酢酸ナトリウム）の結晶を溶解させた後、室温に戻すことで繰り返し利用ができる点で、好ましい自発的加温手段といえる。自発的加温手段の別の例としては、鉄粉などの酸化熱を利用した方法が挙げられるが、１回しか利用できず、発熱温度の調節が困難な点が欠点である。
【００２４】
本発明において一定温度とは４０℃から５５℃の間、好ましくは４６℃±２℃、より好ましくは４６℃±１℃を一定温度といえる。また本発明において所定時間とは、少なくとも２０分、好ましくは３０分間、より好ましくは４０分間、前述した一定温度を上下２℃の温度差内、好ましくは上下１℃の温度差内で維持できればよい。また発熱開始から、短時間で一定温度となることが好ましく、短時間とは長くとも３分、好ましくは２分、より好ましくは１分以内である。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
酢酸ナトリウム３水塩１００ｇ当たり水４．０ｇと混合攪拌し、９０℃で攪拌しながら完全に溶解するまで湯煎した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝４３．７ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝３．３）。続いて２質量％のエチレングリコールを添加し、その１５０ｇを、発核材として破砕した御影石を小袋に複数個包装したものと共に、パウチへ密閉し、加温パックを作製した。
作製した加温パックを冷蔵庫で一晩静置し、結晶化が起きないか確認したところ、結晶化は起きていなかった。続いて加温パックを室温に戻し、発核材を用いて発熱を開始した。発核が目視できた時間を０とし、温度変化を経時的に記録した。結果を図１に示す。
【００２７】
実施例２
水の量を２２．５ｇに変更した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝６２．２ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝４．７）点以外は、実施例１と同様に、加温パックを作製し、評価した。加温パックを冷蔵庫で一晩静置しても結晶化は起きなかった。
【００２８】
実施例３
水の量を３０．０ｇに変更した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝６９．７ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝５．３）点以外は、実施例１と同様に、加温パックを作製し、評価した。加温パックを冷蔵庫で一晩静置しても結晶化は起きなかった。
【００２９】
実施例４
水の量を３７．０ｇに変更した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝７６．７ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝５．８）点以外は、実施例１と同様に、加温パックを作製し、評価した。加温パックを冷蔵庫で一晩静置しても結晶化は起きなかった。
【００３０】
実施例５
水の量を４３．７ｇに変更した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝８３．４ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝６．３）点以外は、実施例１と同様に、加温パックを作製し、評価した。加温パックを冷蔵庫で一晩静置しても結晶化は起きなかった。
【００３１】
実施例６
酢酸ナトリウム３水塩１００ｇ当たり尿素（ＣＨ4Ｎ2Ｏ）１０．０ｇと混合攪拌し、９０℃で攪拌しながら完全に溶解するまで湯煎した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝３９．７ｇ、ＣＨ4Ｎ2Ｏ＝１０．０ｇ）。その１５０ｇを、発核材として破砕した御影石を小袋に複数個包装したものと共に、パウチへ密閉し、加温パックを作製した。
作製した加温パックを冷蔵庫で一晩静置し、結晶化が起きないか確認したところ、結晶化は起きていなかった。続いて加温パックを室温に戻し、発核材を用いて発熱を開始した。発核が目視できた時間を０とし、温度変化を経時的に記録した。結果を図２のに示す。
【００３２】
実施例７
酢酸ナトリウム３水塩１００ｇ当たり水１５．０ｇと混合攪拌し、９０℃で攪拌しながら完全に溶解するまで湯煎した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝５４．７ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝４．１）。その１５０ｇを、発核材として破砕した御影石を小袋に複数個包装したものと共に、パウチへ密閉し、加温パックを作製した。
作製した加温パックを冷蔵庫で一晩静置し、結晶化が起きないか確認したところ、結晶化は起きていなかった。続いて加温パックを室温に戻し、発核材を用いて発熱を開始した。発核が目視できた時間を０とし、温度変化を経時的に記録した。結果を図２に示す。
【００３３】
比較例１
チオ硫酸ナトリウム５水塩１００ｇ当たり水１５．０ｇと混合攪拌し、９０℃で攪拌しながら完全に溶解するまで湯煎した（Ｎａ2Ｓ2Ｏ3＝６３．７ｇ当たり、Ｈ2Ｏ＝５１．３ｇ、Ｈ2Ｏ／Ｎａ2Ｓ2Ｏ3モル比＝７．１）。その１５０ｇを、発核材として破砕した御影石を小袋に複数個包装したものと共に、パウチへ密閉し、加温パックを作製した。
作製した加温パックを冷蔵庫で一晩静置し、結晶化が起きないか確認したところ、結晶化は起きていなかった。続いて加温パックを室温に戻し、発核材を用いて発熱を開始した。発核が目視できた時間を０とし、温度変化を経時的に記録した。結果を図２に示す。発熱温度の立ち上がりが遅く、一定温度を長時間維持することができなかった。
【００３４】
比較例２
リン酸水素二ナトリウム３水塩１００ｇ当たり水１５．０ｇと混合攪拌し、９０℃で攪拌しながら完全に溶解するまで湯煎した（Ｎａ2ＨＰＯ4＝３９．６ｇ、Ｈ2Ｏ＝７５．４ｇ、Ｈ2Ｏ／Ｎａ2ＨＰＯ4モル比＝１５．０）。その１５０ｇを、発核材として破砕した御影石を小袋に複数個包装したものと共に、パウチへ密閉し、加温パックを作製した。
作製した加温パックを冷蔵庫で一晩静置し、結晶化が起きないか確認したところ、結晶化は起きていなかった。続いて加温パックを室温に戻し、発核材を用いて発熱を開始した。発核が目視できた時間を０とし、温度変化を経時的に記録した。結果を図２に示す。発熱温度が４０℃を下回る結果となった。
【００３５】
比較例３
水の量を２．０ｇに変更した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ、Ｈ2Ｏ＝４１．８ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝３．２）点以外は、実施例１と同様に、加温パックを作製した。作製した加温パックを冷蔵庫で一晩静置し、結晶化が起きないか確認したところ、結晶化は起きていなかった。続いて加温パックを室温に戻し、発核材を用いて発熱を開始した。発核が目視できた時間を０とし、温度変化を経時的に記録した。結果を図３に示す。発熱温度が５５℃を超える結果となった。
【００３６】
比較例４
水の量を５０．０ｇに変更した（ＣＨ3ＣＯＯＮａ＝６０．３ｇ、Ｈ2Ｏ＝８９．７ｇ、Ｈ2Ｏ／ＣＨ3ＣＯＯＮａモル比＝６．８）点以外は、実施例１と同様に、加温パックを作製しした。作製した加温パックを冷蔵庫で一晩静置しても結晶化は起きなかった。続いて加温パックを室温に戻し、発核材を用いて発熱を開始した。発核が目視できた時間を０とし、温度変化を経時的に記録した。結果を図３に示す。発熱温度が４０℃を下回る結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の蓄熱材組成物は、加温パック等に好適に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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