(57)【要約】【課題】  水が拡散し表面で蒸発する水拡散蒸発膜には性能面及び安全性の面において優れた品質の物はなかった。【解決手段】  植物由来の水溶性ポリマーと高分子エマルジョンを組み合わせ膜を作成し膜の形成途中あるいは膜の形成後植物由来の水溶性ポリマーを水不溶化する事によって安全にして高性能の水拡散蒸発膜を作製した。この結果安全高性能の加湿器、冷却器やチーズ製造器を開発出来た。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物由来の水溶性ポリマーと高分子エマルジョン成分を主成分とする膜であり、膜の形成中あるいは形成後水溶性ポリマーを水不溶化してなる水拡散蒸発膜。
【請求項２】
水溶性ポリマーと高分子エマルジョン成分の割合が固形分重量比で９９対１から６０対４０の間である請求項１記載の水拡散蒸発膜。
【請求項３】
植物由来の水溶性ポリマーがアンモニュウムカルボキシメチルセルロースである請求項１記載の水拡散蒸発膜。
【請求項４】
植物由来の水溶性ポリマーがこんにゃく粉である請求項１記載の水拡散蒸発膜。
【請求項５】
植物由来の水溶性ポリマーが寒天である請求項１記載の水拡散蒸発膜。
【請求項６】
高分子エマルジョンが天然ゴムラテックスである請求項１記載の水拡散蒸発膜。
【請求項７】
請求項１記載の水拡散蒸発膜を使用した加湿器。
【請求項８】
請求項１記載の水拡散蒸発膜を使用した冷却器。
【請求項９】
請求項１記載の水拡散蒸発膜を使用したチーズ製造器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は水拡散蒸発膜及びそれを使用した物品に係るものである。本発明で云う水拡散蒸発膜とは膜の一面が水と接触した場合水は膜中を拡散移動し空気と接触している他の面に到達し蒸発する現象が観察される膜を指す。
【背景技術】
【０００２】  従来、安全にして機能性の高い水拡散蒸発膜は存在しなかった。【０００３】  本発明はこの課題の解決を目的とするものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は水拡散蒸発膜を提供し、更にその水拡散蒸発膜を使用して有用な器具を提供する事を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明の第一の要旨は、水拡散蒸発膜に係るものである。本発明水拡散蒸発膜は植物由来の水溶性ポリマーと高分子エマルジョンを混合して膜を形成し、その膜の形成中あるいは形成後植物由来の水溶性ポリマーを水不溶化してなる膜である。水拡散蒸発膜として使用する場合は水溶性ポリマーを水不溶化しなければ用をなさない。
【０００６】  本発明の第二の要旨は水拡散蒸発膜を使用した有用な各種の器具に係わるものである。具体的には有用な器具の例として加湿器、冷却器、チーズ製造器等がある。
【０００７】  本発明で使用する植物由来の水溶性ポリマーにはアンモニウムカルボキシメチルセルローズ、こんにゃく芋成分、寒天等がある。アンモニウムカルボキシメチルセルローズはカルボキシメチル基の末端がアンモニウム（ＮＨ３）で置換されたカルボキシメチルセルローズ（以下ＣＭＣと略記する）であり  膜形成乾燥後熱処理や酸処理でアンモニウム基が外れ水に不溶化出来る。こんにゃく芋成分はグリコマンナンが主成分であり膜形成乾燥後水酸化カルシウム処理で水不溶化出来る。寒天は天草、オゴノリなどの紅藻類の粘液質を乾燥したものであり、８０℃以上の水に溶解し約３０℃以下の温度で凝固し一端凝固すると８０℃以下の温度の水には溶解しない性質がある。寒天の水に対する溶解度は温度に対してヒステリシシスカーブを描くと考えられる。寒天を使用する場合寒天を８０℃以上の水に溶解し、その状態で高分子エマルジョンと混合すれば冷却後凝固して水に不溶となる。つまり膜の形成中に水不溶化が可能である。
【０００８】  本発明で水溶性ポリマーに植物由来の水溶性ポリマーを使用する理由は安全であり健康被害が皆無である事、植物由来であるが故に超高分子類に属し水不溶化後は水に溶け出す成分が極めて少ない事からである。一般に水溶性ポリマーとして合成水溶性ポリマーが盛んに使用されている。しかし合成水溶性ポリマーは必ずしも健康上安全とは言えない。更に分子量分布が大きく水不溶化処理をした後も一部の低分子量ポリマーが水に溶け出す事も懸念される。
【０００９】  高分子エマルジョンにはいろいろの合成ゴムラテックス、合成樹脂エマルジョンが使用できる。しかし安全性の観点と強度が大きい事から最も望ましいのは植物由来の天然ゴムラテックスである。
【００１０】  次に本発明水拡散蒸発膜の性質について述べる。膜は二面で構成され一つの面は水と接触し他の面は空気と接触した場合水と接する面（以下水面とする）から水が膜中を拡散し空気と接する面（以下空気面とする。）に到達しそこで蒸発する。空気面の水が減少するとそれを補うため水面から水が供給される。水が蒸発する限り水が連続して移動拡散し供給される事になる。又この膜を水に浸漬すると水は膜中に拡散しその膜を空気中に取り出すと水は空気面から蒸発する。この場合は水面と空気面が時間軸上切り替わったと解釈する。この膜で袋を作り中に水を注入すると水漏れすることなく水は蒸気となって空気中に放出される。つまり空気中の湿度が高くなる。同時に蒸発する時に蒸発潜熱を周囲から奪うので冷却作用がある。もう一つの特性として挙げられるのは、水溶液の溶質は膜中を通過するので水溶液の濃縮は不可能であるが、エマルジョン中の乳化された粒子は膜中を通過しないので、エマルジョンの濃縮が可能である事である。つまりこの膜の袋の中にエマルジョン液を注入して放置すれば水が蒸発するので濃縮される。袋を閉じて密閉状態にしても濃縮可能な点は利用価値がある。
【００１１】  本発明水拡散蒸発膜で袋を構成した場合の利点は他にもある。容器に水を入れて蒸発させる場合、蒸発を加速するには蒸発水平面を大きくしなければならない。そうすれば必然的に装置や器具の設置面積を大きくしなければならない。これに対し本発明の方法は垂直面での蒸発が可能であるので設置面積を節約する事ができて便利であり経済効果も大きい。更に密閉状態でも蒸発するのでゴミや雑菌の混入を防ぐ事ができる。又エマルジョンの濃縮の場合、容器に入れて水を蒸発させて濃縮する方法の問題は蒸発の進行と共にエマルジョン粒子の合一による膜が蒸発表面に形成されてその後の蒸発は遅滞する。本発明方法ではその様な事はなく濃縮後もエマルジョンの流動性は保持される。
【００１２】  本発明水拡散蒸発膜（以下本膜とする。）において高分子エマルジョンと水溶性ポリマーの割合は固形分重量比で９９対１から６０対４０程度まで幅がある。水溶性ポリマーが多すぎると膜が弱くなり裂け易い。少なすぎると水の拡散が遅くなる。最も好ましいのは９５対５から７０対３０の間である。
【００１３】  本膜は水溶性ポリマーの水不溶化を省略した場合、水溶性ポリマーの一部が水に溶解する不都合と極端に水膨潤し膨張するという問題が生ずる。その場合膜としての機能が損なわれる。従って水不溶化は必須の要件である。
【００１４】  本膜の用途について述べる。第一の用途は加湿器としての用途である。この本膜で袋を構成しその中に水を注入すると水は膜中を移動し空気と接触している表面に達して自然に蒸発する。この場合水漏れは生じない。従って空気中の湿分は時間と共に増量し湿度が高くなる。一般の加湿機は電熱を利用し水を強制的に加熱蒸発させているので電力が必要で騒音も無視出来ない。火災事故も報じられている。水を自然蒸発させる場合は水平面からの蒸発が普通であるので蒸発量を増大するには設置面積を拡大しなければならない。これに対して本膜袋の場合は垂直に近い面から蒸発させる事が出来るので設置面積が少なくて済むという利点がある。
【００１５】  本膜を使用する場合、湿度が低い場合は蒸発が活発になり、温度が高い場合は蒸発は抑制されるという自動調節機能が存在する。また夏季にエアコンを使用する場合、温度が低下すると同時に湿度も過度に低下するという問題もあるが本膜加湿器を併用すればエアコンの短所を補える。さらに周囲から蒸発潜熱を奪うので省エネ冷却効果も期待される。次に加湿に必要な水蒸気の量を簡単に推論する。一般にインフルエンザヴィールスは水蒸気の量が１１ｇ／ｍ３以上になると生存しなくなると云われている。部屋の温度を２２℃とすると相対湿度６０％で１１．６４ｇ／ｍ３の水蒸気が存在するので相対湿度を６０％以上に保てば良い事になる。一般家庭の八畳和室の容積は約３０ｍ３であり冬季の相対湿度を４０％とすれば７．７６ｇ／ｍ３の水蒸気が存在する。これを相対湿度６０％に引き上げるには（１１．６４ｇ−７．７６ｇ）ｘ３０＝１１６．４ｇの水蒸気を供給すれば良い事になる。過度に湿度を上げる事を避けるために徐々に加湿する必要がある。本膜の加湿器はこの目的に適している。更に加湿器と似た目的の保湿を目的とした保湿器にも同様の原理で本膜は利用できる。保湿器には園芸用保湿器や人体皮膚の保湿器等が考えられる。
【００１６】  第二の用途は冷却器としての用途である。本膜を水に浸漬した場合膜中に水が拡散しその後取り出せば膜はある程度の量の水を吸収している。その状態で放置すれば水が蒸発し水の蒸発潜熱を周囲から奪うので冷却器としての機能を果たす。
【００１７】  第三の用途はチーズ製造器としての用途である。本膜は水溶液の溶質と溶媒つまり水とを分離する事は不可能であるが、エマルジョンの粒子とその周囲の水とを分離する事は可能である。エマルジョンには各種樹脂や各種ゴムのエマルジョンその他に各種動物の母乳液及びその発酵液食品がある。その一例として牛乳の発酵液であるヨーグルトを選び本膜で作った袋の中に注入し放置すれば発酵液中の水が蒸発してヨーグルトが発酵を継続しながら濃縮される。結果としてチーズが袋の中に出来上がる。本膜の袋を使用すると様々な利点がある。先ず密閉状態で濃縮するのでゴミや雑菌の混入が防げるので発酵が順調に進む。常温で濃縮されるので加熱による温度上昇で乳酸菌が死滅する事はない。蒸発面は垂直面に近いので設置面積が少なくて済む。一般的なチーズの製法では牛乳に乳酸菌を加えた後凝固酵素キモシンを加えてカードと呼ばれる半固形凝固分とホエーと呼ばれる液体に分離する。その後カードを捕集しチーズにする。この時ホエーは捨てられのが普通である。たまに豚の餌として利用される程度である。ホエーはラクトグロブリンやラクトアルブミンなどの貴重な蛋白質を含有しており廃棄するのは資源上もったいない話である。またホエーの成分は血糖値の上昇を抑えるとの報告もある。本法ではホエーの成分がそのままチーズの中に残留するので栄養学上及び医学上でも有効な方法である。そして何よりも大きな利点はチーズの製造に手間がかからない事である。簡単に言えば袋の中にヨーグルトを入れ放置した後、中のフレッシュチーズを取り出すだけで良い。
【００１８】西欧ではチーズの製造は家庭の主婦の主な仕事の一つであるとされているがかなりの手間と熟練を要するのも事実である。チーズは栄養学的には極めて優れた食品であるが、その製造は現代の多忙な主婦には過重な労働になる。本法は少々時間はかかるが、手間も熟練も必要としない。本法はフレッシュチーズの製造に適している。勿論適度に脱水した袋の中の内容物を約２０％の食塩水に約１２時間つけその後少量の脱酸素剤と共にポリエチレンの袋に入れ熱シールで密閉し３ヶ月程熟成すれば通常のナチュラルチーズが出来上がる。本膜は黴の発生が懸念されるがチーズ製造作業中に黴が発生した事はない。おそらく乳酸菌による防御作用の結果だと思われる。
【００１９】  本膜に目的に応じて性能を損なわない範囲で他種類の材料あるいは薬が使用出来る。これらには例えば紫外線吸収剤、老化防止剤、油や可塑剤のような軟化材、粘着付与剤、防黴剤、着色顔料、酸化チタンのような光線遮蔽剤、カーボンブラック、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等のような充填剤等がある。上記防黴剤に代えて抗菌作用を有するヒバ油などを用いても良い。他の方法としてチーズ製造以外の用途では本膜表面に柿渋液を塗布すれば黴の発生を防止出来る。柿渋液の成分は水の拡散蒸発を防害する事はない。また補強のためガーゼ等と積層して用いる事も可能である。
【００２０】水の蒸発を促進するには膜表面の自然対流の環境を風を送って壊し強制対流にする方法を採用すれば良い。つまり本膜の表面に扇風機やエアサーキュレータで風を送れば水の蒸発が促進される。同時にエアコン使用時でれば室内空気の循環効率が向上する。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。しかし本発明は実施例により限定されるものではない。本膜の原理を理解すればいろいろの用途展開の可能性がある。
【実施例１】
【００２１】家庭用ミキサーに１５４ｇの水を入れダイセルファインケム株式会社のアンモニュウムＣＭＣであるＤＮ−８００Ｈを２．０ｇミキサーの刃を回転させながら微量づつ加え一晩放置した。得られた液は粘度は高いが透明な液体であった。その後有限会社ハイラテックの天然ゴムラッテクスであるＵＬＡＣＯＬ（固形分濃度５０％）を１２．０ｇ加えて攪拌した。この液を型に流し自然乾燥した。乾燥後得られた膜は０．０２１ｇ／ｃｍ２の膜であった。比重を１．０とすれば膜厚は０．２１ｍｍである。この膜の一部を２４時間水に浸漬したところ重量は吸水により１６．６倍に増加した。更にこの膜を乾燥して秤量した結果約１０％の重量減少が認められた。このままでは膨張が大き過ぎて且つ水溶性成分が多いので水拡散蒸発膜としては不適である事を示している。次に他の膜の一部を１２０℃で１０分間熱処理し水に２４時間浸漬した。吸水による重量増加は１．７５倍であった。この膜を乾燥して秤量した結果重量減少は無かった。水不溶化が確認された。熱処理の効果が認められる。他の膜の一部を１％クエン酸水溶液に２４時間浸漬した後更に水に２４時間浸漬したところ吸水による重量増加は５．０倍であった。この膜を乾燥して秤量した結果重量減少は無かった。クエン酸処理の水不溶化効果は認められるが吸水量が少し多い。上記熱処理膜で袋を作り水を注入して無風状態で水の透過速度を測定した結果膜厚を０．１ｍｍに換算して０．０１８ｇ／ｈｒ．ｃｍ２であった。ここで拡散量と膜厚は逆比例の関係にあるとして換算した。
【実施例２】
【００２２】家庭用ミキサーに３８０ｇの水を入れ市販のこんにゃく粉５．０ｇをミキサーの刃を回転させながら微量づつ加え一晩放置した。得られた液は粘度は高いが透明な液体であった。その後有限会社ハイラテックの天然ゴムラッテクスであるＵＬＡＣＯＬ（固形分濃度５０％）を３０．０ｇ加えて攪拌した。この液を型に流し自然乾燥した。乾燥後得られた膜は０．０２３ｇ／ｃｍ２の膜であった。比重を１．０とすれば膜厚は０．２３ｍｍである。この膜の一部を２４時間水に浸漬したところ重量は吸水により２．２５倍に増加した。更にこの膜を乾燥して秤量した結果約１２．５％の重量減少が認められた。このままでは水溶性成分が多いので水拡散蒸発膜としては不適である事を示している。次に他の膜の一部を０．２％水酸化カルシウム水溶液に２４時間浸漬した。更に水に２４時間浸漬したところ重量は吸水により１．９９倍に増加した。この膜を乾燥して秤量した結果５％の重量増加を示した。水不溶化が確認された。水酸化カルシウム処理の効果が認められる。上記水酸化カルシウム処理膜で袋を作り水を注入して無風状態で水の透過速度を測定した結果膜厚を０．１ｍｍに換算して０．０１２ｇ／ｈｒ．ｃｍ２であった。ここで拡散量と膜厚は逆比例の関係にあるとして換算した。
【実施例３】
【００２３】  市販の寒天の粉８ｇを水４５０ｇに加え９０℃まで加熱し溶解した。一方４８ｇの有限会社ハイラテックの天然ゴムラッテクスであるＵＬＡＣＯＬ（固形分濃度５０％）に水１００ｇを加えて湯煎にかけて液温が７０℃になるまで加温した。上記の寒天溶液が８０℃まで冷却するのを待ち約７０℃の上記天然ゴムラテックス液と良く攪拌しながら混ぜ合わせた。この混合液を直ちに型に流した。この時液は温度低下と共に流動性が低下して凝固した。その後自然乾燥して０．００８１ｇ／ｃｍ２の膜を得た。比重を１．０とすれば膜厚は０．０８１ｍｍである。膜の一部を取り水に２４時間浸漬したところ重量は吸水により２．００倍に増加した。この膜を乾燥して秤量した結果重量変化はなかった。常温近傍では寒天は水に溶解しない事が確認された。上記膜で袋を作り水を注入して無風状態で水の透過速度を測定した結果膜厚を０．１ｍｍに換算して０．０２６ｇ／ｈｒ．ｃｍ２であった。ここで拡散量と膜厚は逆比例の関係にあるとして換算した。
【実施例４】
【００２４】実施例２で得られた熱処理膜から幅２．５ｃｍ長さ３２ｃｍの短冊状の膜を切り取り木綿布で包みネッククーラーを作成した。これを１５分間水に浸漬して吸水させ真夏の屋外で着用した。約１．５時間は冷却効果が感じられた。
【実施例５】
【００２５】  実施例３の膜から短辺３０ｃｍ長辺４０ｃｍの矩形シートを切り取り、同じ大きさの農業用寒冷紗（クラレ社製クレモナ＃３００）の上に重ね長辺の中央で谷折した。この時寒冷紗は外側、実施例３の膜は内側になる。寒冷紗は袋の補強のために使用した。次に長辺の両脇をクリップ長２３．５ｃｍの密閉用クリップ（ダイセルファインケミ社製商品名ＣＬＩＰ−ＯＮ）でクリップした。この結果谷折線に対向する辺が開口部になる袋が出来上がった。次に水約１５００ｇを袋に注入した。この袋を八畳和室内に吊るし袋の一方の正面に扇風機の風を約１０時間当てた。水の減量は１５０ｇに達した。つまり約１５０ｇの水が蒸発した。この値はこの袋が加湿器として有用な事を示している。同時に必要ならば複数の袋を用意すれば更に加湿が進行する事も示している。
【実施例６】
【００２６】  実施例５の袋から水を排除し代わりに市販カスピ海ヨーグルト菌で調製したヨーグルト約１０００ｇを注入した。次に雑菌の進入を防ぐため開口部を密閉し、部屋の中に吊るして袋の一方の正面に扇風機の風を延べ約４０時間当てたところ約５５０ｇの水が蒸発した。内容物はほのかな甘みとさわやかな酸味のあるフレッシュチーズであった。