(57)【要約】【課題】本発明では保温時間が長時間に及ぶ蓄熱性能を有する保温材を得ることにあり、同時に過度の加熱を与えても安全で、かつマイクロカプセル固形物とマイクロ波の照射により加熱可能な顔料との分離が起こりにくい保温材を提供することを目的とする。【解決手段】蓄熱材を内包したマイクロカプセル固形物とマイクロ波の照射により発熱しうる顔料粒子との粒径の比が０．２から５であることにより過度の加熱を与えても安全で、かつ吸水性顔料とマイクロカプセル固形物との分離が起こりにくい保温材を得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材を内包したマイクロカプセル固形物とマイクロ波の照射により発熱しうる顔料粒子が包材に充填され、該マイクロカプセル固形物と該顔料粒子との粒径の比が０．２から５であることを特徴とする保温材。
【請求項２】
マイクロカプセル固形物の粒径が０．１から２０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の保温材。
【請求項３】
請求項１に記載の保温材をマイクロ波照射により加熱して使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気又は燃料等によるエネルギーを連続的に用いることなく対象物を加熱及び保温することが可能な保温材に関するものである。本発明の保温材は電子レンジを用いてマイクロ波を照射して一旦加熱すると長時間保温効果が持続する保温材とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気や燃料のエネルギーを使用しないで用いられる保温材、特に寒冷時に暖を取るための保温材として、カイロ、行火、湯たんぽ等が挙げられる。カイロは最近では鉄粉の酸化反応を利用した使い捨て化学カイロがその簡便さと安価さが受け入れられ大きな市場へと成長を遂げているが再利用や細かな温度調節が出来ないという問題がある。
【０００３】
また蓄熱型の暖房用具として湯たんぽが一般に用いられている。湯たんぽは水（熱湯）の顕熱を利用した蓄熱タイプの保温材であるが、お湯を沸かしたり充填したりする煩雑さや火傷の危険性、そして重さの割には温度保持性が劣る等の欠点を有する。一般に、蓄熱型の保温材の持続時間を長くする手段としては保温材の熱容量を高めてやればよく、そのためには、１．蓄熱材（湯たんぽの場合は熱湯）の量を増す、２．水の代わりに相変化を有する化合物すなわち潜熱蓄熱材を用いる等の方法がある。
【０００４】
しかしながら１．の方法では保温材の重量が増し、持運びに苦労するばかりでなく蓄熱材である熱湯を沸かすにも時間と多大なエネルギーを必要とする。一方、２．の方法を実現しようとすると少なくとも４０℃以上の融点を有する化合物、例えば、無機共晶塩やパラフィンワックスの如き潜熱蓄熱材をお湯の代わりに湯たんぽの中に投入することになり、その結果凝固点以下の温度での取出しが煩雑であったり、加熱する際にも引火の危険性を伴う等実用性に欠けるものであった。
【０００５】
前記課題を解決するために、蓄熱材を内包するマイクロカプセルの水性分散液を包材中に充填した保温材を加熱することにより適温が長時間持続する保温材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。更にこの保温材は電子レンジ等より発せられるマイクロ波を照射することにより容易に加熱できることが特徴である。しかしながら使用上の問題点として過度にマイクロ波を照射し続けると内容物の水分が次第に蒸発し、膨張して包材が破損する危険性を孕んでいた。
【０００６】
前記課題を解決するために潜熱蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物とマイクロ波の照射により発熱しうる顔料を包材内に充填することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。これにマイクロ波を照射することにより簡単かつ短時間に蓄熱が可能となる。すなわち、１．潜熱蓄熱材を内包するマイクロカプセル固形物と顔料を、好ましくは通気性のある包材中に充填して得られる保温材を用いることと、２．その保温材にマイクロ波を照射し加熱して使用することにより課題は達成される。
【０００７】
前記発明は、潜熱蓄熱材を内包するマイクロカプセル固形物とマイクロ波の照射により発熱しうる顔料を混合することにより達成され、単一の粒子内に両者を併せ持つ粉体を得ることにより達成される。この粉体を単独または適当な包材に充填してマイクロ波を照射することにより簡単かつ短時間に加熱と蓄熱が可能となる。この時マイクロカプセル固形物と吸水性の顔料を別々に混合しても前記発明の効果は達成される。
【０００８】
しかし、単一粒子内に両者を併せ持つと過度の過熱によりマイクロカプセルにダメージが与えられ、場合によっては発火する危険性がある。一方、マイクロ波の照射により発熱しうる顔料とマイクロカプセル固形物を別の造粒物として分離した場合には比重の差が大きいために使用過程で分離が起こり、十分な効果が得られない。
【特許文献１】特開平８−１９５６４号公報
【特許文献２】特開平２００１−２８８４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では保温時間が長時間に及ぶ蓄熱性能を有する保温材を得ることにあり、同時に過度の加熱を与えても安全で、かつマイクロカプセル固形物とマイクロ波の照射により発熱しうる顔料との分離が起こりにくい保温材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく検討を行った結果、蓄熱材を内包したマイクロカプセル造粒物とマイクロ波の照射により発熱しうる顔料粒子との粒径の比が０．２から５であることにより過度の加熱を与えても安全で、かつ吸水性顔料とマイクロカプセル固形物との分離が起こりにくい保温材を得た。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による保温材は、固形状の蓄熱材として使用することが可能で通常の保温材と異なり一旦加熱された後は長時間暖かさを持続させることが可能である。しかも過度の加熱を与えても安全で、かつマイクロカプセル固形物とマイクロ波の照射により発熱しうる顔料との分離が起こりにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のマイクロカプセルの製法として物理的方法と化学的方法が知られているが、特に潜熱蓄熱材をマイクロカプセル化する方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（特開昭６２−４５６８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法（特開昭６２−１４９３３４公報）、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（特開昭６２−２２５２４１公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２公報）等に記載されている方法が用いられる。
【００１３】
マイクロカプセルの膜材としては、界面重合法、インサイチュー（in-situ）法等の手法で得られるポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またはゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、物理的、化学的に安定なインサイチュー法によるメラミンホルマリン樹脂皮膜、尿素ホルマリン樹脂皮膜を用いたマイクロカプセルを使用することが特に好ましい。
【００１４】
マイクロカプセルに内包される蓄熱材の融点は、約２０〜８０℃の範囲に設定されることが好ましく、具体的な蓄熱材としては、Ｃ１６〜Ｃ４０の範囲のワックス類や、無機系共晶物および無機系水和物、パルミチン酸やステアリン等の脂肪酸類、ベヘン酸ベヘニル、ステアリン酸ステアリル等のエステル化合物が挙げられ、好ましくは融解熱量が約８０ｋＪ／ｋｇ以上の化合物で、化学的、物理的に安定でしかも安価なものが用いられる。これらは混合して用いても良いし、必要に応じ過冷却防止剤、比重調節剤、劣化防止剤等を添加することが出来る。
【００１５】
一般にマイクロカプセルの粒径は小さいほど強度的に強く、逆に大きいほど弱く乾燥工程またはそれ以降の取り扱い時に壊れやすくなるために適度の粒子径に設定される必要があり、最適な粒子径としては０．５〜５０μｍ、更に好ましくは１〜２０μｍの範囲が好ましい。尚、マイクロカプセルの平均粒子系とは、米国コールター社製粒度測定装置マルチサイザーII型を用いて測定した体積平均粒子系を示す。
【００１６】
本発明のマイクロカプセルは通常水分散液として得られるため、固形物とするために脱水、乾燥、造粒操作が必要である。脱水または乾燥させて粉体化する装置としては、遠心分離法、フィルタープレス法、スクリュープレス法、等があり、乾燥手法としては、ドラムドライヤー、スプレードライヤー、フリーズドライヤーなどの乾燥装置が用いられるが、スプレードライヤーがマイクロカプセルの破壊もなく粒子径のコントロールも容易であるため好ましい手法である。これらの脱水、乾燥装置で得られる粉体の平均粒子径は、５〜３００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍの範囲に設定される。
【００１７】
これらの粉体は、更に造粒工程を経て平均粒径を大きくすることにより包材に充填しやすくなり、更に保温効果の持続性も向上する。造粒方法としては、試料が粉体の場合と湿潤品の場合で異なるが、天板造粒法、湿式押し出し造粒法、半乾式押し出し造粒法、ロール圧縮造粒法、打錠造粒法等の各種造粒方法が用いられるがマイクロカプセルの損傷のない装置、条件を選ぶ必要がある。造粒する際に、結着剤、離型剤、酸化防止剤、ＶＯＣ吸着剤、活性炭、光触媒、各種有機無機顔料、不燃材、難燃剤を練り込みまたは共存させることができる。
【００１８】
本発明で用いられる顔料粒子はマイクロ波を照射することにより発熱しうる材料が用いられ、分子構造が極性を有するものであれば使用可能で無機系、有機系何れの材料でも使用可能である。有機系材料としては、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、及びこれらの素材に吸水させたものが使用可能であり、比較的熱軟化点が高いものをビーズ状またはペレット状に加工した形態のものが使用される。無機系の材料としては可燃性や爆発性を有さない天然物由来の鉱物系材料が使用可能であるが、水分子が配位した吸水性顔料が好ましい材料として挙げられる。吸水性顔料とは空気中の水分を比較的容易かつ多量に吸収し、吸収した後でも潮解性を示さずに粒状の形態を維持し得る固形粒子である。吸水率が低く、尚かつ分子構造に極性が乏しいものであればマイクロ波を照射しても充分な温度まで上昇しないため好ましくなく、また高すぎる材料になるとべたつきが生じ混合物が固まりやすくなるため好ましくない。
【００１９】
本発明で用いられる顔料としては、無機塩類や粘土鉱物顔料、天然鉱物などが用いられるが、好ましくはシリカゲル、活性アルミナ、珪酸マグネシウム、ゼオライト等の高吸水性の顔料が好ましく、これらは単一または２種以上を組み合わせて用いられる。
【００２０】
本発明で述べる顔料粒子およびマイクロカプセル固形物の粒径とは、工業用ノギスにより測定される粒子の最大径と最小径の算術平均である。
【００２１】
マイクロカプセル固形物と顔料粒子の粒径の比は０．２から５が好ましく、より好ましくは０．５から２である。これより大きくても小さくても長期間使用するとマイクロカプセル固形物と顔料粒子との分離が起こり、顔料粒子によって発生した熱がマイクロカプセル固形物に蓄熱されず効果が得られなくなる。
【００２２】
前記顔料粒子及びマイクロカプセル固形物の形状は、球状、楕円形、立方体、直方体、円柱状、円錐状、桿状、正多面体、星形、筒型等如何なる形状でも良いが流動性を出すために球状に近い形が望ましい。大きさは粒径が０．１〜２０ｍｍの粒状に成型されることが好ましい。０．１ｍｍよりも小さいと粉舞いするために扱いが困難になり、２０ｍｍよりも大きいと触れた際の感触が悪くなる。
【００２３】
マイクロ波の照射により加熱可能な顔料粒子と蓄熱材を内包したマイクロカプセル固形物を充填する包材の種類や大きさ、形状は特に限定はされないが、マイクロ波をよく通過させ得るもので且つ繰り返し照射にも耐え得るような丈夫なものでなければならない。また感触を良くするためにある程度の柔軟性をも兼ね備える必要がある。包材の具体例としては、木綿、羊毛、絹等の天然繊維の他に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、天然ゴム等の合成又は天然の素材が使用できる。包材の形状や大きさは特に限定されず、使用目的に適した形態に加工される。マイクロ波の照射により次第に包材の表面が高温になるため、熱をある程度断熱、保温できるような素材、例えば布製の袋等でこの包材の外側を覆うことにより使用感も良くなるし発熱持続時間の調節も可能となる。マイクロカプセル固形物と吸水性顔料の重量比率は如何なる割合でも本発明の効果は充分発揮されるので特に限定はされない。
【００２４】
マイクロ波は通常高周波とも呼ばれ、極性を有する液体に照射するとその分子運動が盛んになることにより加熱が可能となる。最も一般的な照射装置は電子レンジでありマグネトロンから発射される高周波が一般に利用されている。本発明による保温材の加熱方法はマイクロ波照射に限定される訳ではなく、潜熱蓄熱材の融点以上の温度の熱湯中で蓄熱材が融解するまで加熱することによっても同様に蓄熱可能であるが、保温材を迅速に高温に加熱できる点でマイクロ波による加熱方法が好ましい。
【００２５】
以下、本発明の実施手順を実施例として具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、マイクロカプセルの粒径についてはコールターカウンター（英国コールターエレクトロニクス社、コールターマルチサイザー）で測定し、顔料粒子およびマイクロカプセル固形物の粒子径は工業用ノギスにより測定した。
【実施例１】
【００２６】
ｐＨを４．５に調整した５％のスチレン−無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００ｇの中に、潜熱蓄熱材として融点５０℃のパラフィンワックス８０ｇを激しく撹拌しながら添加し、平均粒子径が３．５μｍになるまで乳化を行なった。次にメラミン５部と３７％ホルムアルデヒド水溶液７．５部及び水１５部を混合し、これをｐＨ８に調整し、約８０℃でメラミン−ホルマリン初期縮合物水溶液を調製した。この全量を上記乳化液に添加し７０℃で２時間加熱撹拌を施してカプセル化反応を行なった後、この分散液のｐＨを９に調整してカプセル化を終了した。得られたマイクロカプセルの体積平均粒子径は３．６μｍであった。
【００２７】
このマイクロカプセル分散液をスプレードライヤーで水分含有率３％以下まで乾燥しマイクロカプセル粉体を得た。得られたマイクロカプセル粉体１００重量部に３０％ポリビニルアルコール水溶液を３０重量部加え、押出式造粒装置により押出成型を行い、１００℃で乾燥させて粒径が２ｍｍのマイクロカプセル固形物を得た。
【００２８】
粒径が２ｍｍのシリカゲル粒子８０重量部と粒径が２ｍｍマイクロカプセル固形物２０重量部とを混合し、布製の袋に５００ｇを充填した。電子レンジを用いて２分間加熱を行ったところ長時間暖かさが持続するあんかが得られ、長期間利用してもシリカゲル粒子とマイクロカプセル固形物は包材内で分離することなくその性能を維持した。
【００２９】
（比較例１）
実施例１と同様にして得たマイクロカプセル粉体に３０％ポリビニルアルコール水溶液３０重量部を加え、押出式造粒装置により押出成型を行い、１００℃で乾燥させて粒径が３０ｍｍのマイクロカプセル固形物を得た。
【００３０】
粒径が３０ｍｍマイクロカプセル固形物２０重量部と粒径が５ｍｍのシリカゲル粒子８０重量部を混合し、布製の袋に５００ｇを充填した。電子レンジを用いて２分間加熱を行ったところ長時間暖かさが持続するあんかが得られたが、長期間利用するとシリカゲル粒子とマイクロカプセル固形物が包材内で分離し、保温時間が短くなった。
【００３１】
（比較例２）
実施例１と同様にして得たマイクロカプセル粉体２０重量部とシリカゲル粒子８０重量部および３０％ポリビニルアルコール水溶液３０重量部を混合し、押出し造粒機を用いて押出成型を行い、１００℃で乾燥させて粒径２ｍｍの蓄熱性能を有する固形物を得た。
【００３２】
上記蓄熱性能を有する固形物を布製の袋に５００ｇを充填し、電子レンジを用いて３分間加熱を行ったところ固形物が焦げ、異臭が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明による保温材は湯たんぽの如き蓄熱タイプの保温材として使用することが可能で温熱の保持時間を長時間持続させることが可能である。しかも従来の様に使用するごとに熱湯を充填したり抜いたり必要もなく、マイクロ波を照射するだけで何回でも安全に使用可能である。さらに感触も常に柔らかさを維持するものである。本発明の保温材は、肩や腰の痛みを解きほごす医療用温熱パッド、手袋、靴下、靴の中敷き及び乾燥剤、マフラー、衣服などの防寒具、家庭用、工業用及び農業用保温材、建築材料等に応用することが可能である。