(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末、塩類、水、活性炭及び保水剤を主成分とする使い捨てカイロ用発熱組成物において、上記活性炭が、可燃物と、該可燃物に対して５〜３０Ｖ／Ｖ％の割合の、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を６５〜９７Ｗ／Ｗ％含有する多孔性珪藻土と、上記可燃物に対して３〜２０Ｖ／Ｖ％の割合の水溶性糖類とを原料とし、該原料を湿式混合した後、焼成、粉砕して粒状又は粉状にした炭化物であることを特徴とする使い捨てカイロ用発熱組成物。
【請求項２】
前記可燃物が、木材、パルプ、紙、竹、穀物の殻、椰子殻、コーヒー粕等の繊維質を有する天然物の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の使い捨てカイロ用発熱組成物。
【請求項３】
前記水溶性糖類が、多糖類、少糖類及び単糖類の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の使い捨てカイロ用発熱組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気の存在下で発熱する発熱組成物及びそれを用いた使い捨てカイロに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
使い捨てカイロは金属の酸化熱を利用したものであり、その発熱組成物の原料は、金属粉末、反応助剤としての塩類、水、触媒的な働きをする活性炭及び保水剤などの粉体から成る。
使い捨てカイロの製造は、通常、粉体成分を混合し、これに塩水を加えて保水させ、通気性を有する袋（内袋）に収納し、封直前に金属粉末を投入して混合することによって行われている。また、塩水を加えた混合粉と金属粉末を混合しながら内袋に収納して封をする製造方法もある。さらにこの内袋を非通気性の包材からなる袋（外袋）に密封包装した状態で市販されており、使用時に上記内袋を外袋から取り出して用いられるものである。
【０００３】
日本工業規格の「使い捨てカイロ」（Ｊ１Ｓ  Ｓ  ４１００）に規定されている温度特性は、内袋の通気孔の大きさ、数等によって左右されるが、混合粉の保水剤や、触媒的な働きをする活性炭も重要な働きをする。発熱温度を長く持続させるために保水剤を多量に使用したり、また、活性炭の気孔率の小さい物を使用すると、使用量が多くなり、内袋の混合粉のボリュームが増え、使用時に嵩張って使用し難くなるという問題がある。また、製造時の混合、充填も困難になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記した問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、気孔率が大きな多孔質で吸水性、保水性に富む活性炭を用いることにより、金属粉末の酸化をスムーズに効率良く行え、発熱温度を長く持続させることができると共に、混合粉のボリュームが小さくなり、製造時の混合、充填が容易な発熱組成物を提供し、もって内袋の混合粉の量が少なく、使用時に嵩張らず使い勝手の良い安価な使い捨てカイロを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によれば、鉄粉等の金属粉末、塩類、水、活性炭及び保水剤（バーミキュライト、木粉、珪藻土、ヒル石、吸水性ポリマー等）を主成分とする使い捨てカイロ用発熱組成物において、上記活性炭が、可燃物と、該可燃物に対して５〜３０Ｖ／Ｖ％の割合の、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を６５〜９７Ｗ／Ｗ％含有する多孔性珪藻土と、上記可燃物に対して３〜２０Ｖ／Ｖ％の割合の水溶性糖類とを原料とし、該原料を湿式混合した後、焼成、粉砕して粒状又は粉状にした炭化物であることを特徴とする使い捨てカイロ用発熱組成物が提供される。
【０００６】
前記可燃物としては、木材、パルプ、紙、竹、穀物の殻（籾殻、蕎麦殻等）、椰子殻、コーヒー粕等の繊維質を有する天然物の少なくとも１種が用いられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の使い捨てカイロ用発熱組成物は、可燃物と珪藻土と水溶性糖類を湿式混合し、焼成・粉砕して得られる炭化物を活性炭として用いることを基本的な特徴としている。
珪藻土は、１ミクロン（μ）もない小さな孔が幾何学的に並んだ構造を持っており、この特異な多孔質構造と、珪酸分の高い化学的に安定な性質を持っている。この珪藻土が可燃物と湿式混合されると、可燃物の表面が珪藻土で被覆された状態となり、それによって、焼成時に、可燃物は保温され、適度な空気が供給されて焼成、炭化され、後述するように、表層部が微細孔組織、内部が比較的粗い多孔質組織の気孔率の高い多孔質炭化物が得られる。
このような多孔質炭化物は吸水性、保水性に富むため、発熱組成物の活性炭として用いることにより、その使用量が比較的に少なくても、金属粉末の酸化が効率良くスムーズに行われ、所定の発熱温度を長く持続させることができる。
【０００８】
可燃物を炭化するためには、通常、還元性雰囲気で焼成する必要がある。可燃物を酸化性雰囲気で焼成すると燃焼して灰になるが、多孔質で微細な珪藻土と共に可燃物を湿式混合すると、可燃物が珪藻土で被覆されることによって焼成時に酸素の供給が抑制される。この酸化抑制効果により、酸化性雰囲気で焼成しても燃焼せず、炭化する。
また、珪藻土の添加により生成する焼成物中の炭化物の歩留りは高くなる。可燃物に対する珪藻土の割合が低すぎると被覆が難しいため、燃焼して灰になり、炭化物の歩留りが悪くなる。一方、この割合を高くしすぎると無機物が多くなり、生成する炭化物の割合が少なくなるので、発熱組成物調製時の混合量を多くせざるを得なくなる。このような点から、珪藻土の使用量は、可燃物に対して５〜３０Ｖ／Ｖ％が一つの目安であり、使用する可燃物の種類、水の量等に応じて適宜加減して被覆調整すれば良い。
【０００９】
また、本発明の使い捨てカイロ用発熱組成物の特徴は、可燃物と珪藻土及び水溶性糖類を湿式混合し、焼成・粉砕して得られる炭化物を活性炭として用いることである。
珪藻土に水溶性糖類を共存させ、可燃物の表面を被覆すると、炭化歩留りが飛躍的に向上する。これは、水溶性糖類が珪藻土と共存すると可燃物の酸化を抑制するためである。例えば、６００〜８００℃で数時間加熱しても、可燃物は酸化されずに炭化状態が保たれ、焼成物の多孔質黒化度を高め、高品質の炭化物が得られる。水溶性糖類を混入しないと、珪藻土は保温性が大きいため、可燃物の燃焼時間が持続して、灰化する率が大きくなり、炭化物の歩留りが悪くなる。
【００１０】
糖類の添加量が少ないと、珪藻土による可燃物の被覆状態が悪くなり、従って空気の供給が多くなり、灰化する率が大きくなる。一方、糖類の添加量を多くすると、多孔質の黒化度の高い炭化物は得られるが、コストが高くなる。このような点から、糖類の添加量は、可燃物に対して３〜２０Ｖ／Ｖ％が一つの目安であり、使用する可燃物の種類、珪藻土や水の量等に応じて適宜加減して被覆調整すれば良い。因みに、糖類の添加量が同じでも、珪藻土の混合割合を高くすると炭化歩留りが良くなる。しかし、３０Ｖ／Ｖ％以上になると生成する焼成物中の炭化物の割合が低くなり、発熱組成物調製時の活性炭としての使用量が多くなるので３０Ｖ／Ｖ％以下が好ましい。
【００１１】
前記した湿式混合は、水分をどのように供給するかは別にして、要は水分の存在する条件下で可燃物と珪藻土及び水溶性糖類を混ぜることである。つまり、単に外から水を加えて混合するという意味だけではなく、混合する可燃物が水分を充分に保有する場合には、この水分を利用して珪藻土及び水溶性糖類と湿式混合する。水分が不足している場合には新たに外から追加する。つまり、水分量は、可燃物を珪藻土及び水溶性糖類で被覆できるように、混合物の所望の粘度に応じて適宜加減すればよい。
【００１２】
本明細書でいう可燃物とは、木材、竹、穀物の殻（籾殻、フスマ、蕎麦殻等）、紙、パルプ、椰子殻、コーヒー粕など、要するに繊維質であって、燃える物全てを含む。つまり、燃焼して炭素成分となる物全般を意味する。
また、糖類には、多糖類、少糖類、単糖類と、その分子量によっていろいろな物があるが、本発明では水に溶ける糖類が好ましい。とりわけ、ショ糖、麦芽糖、ブドウ糖等の少糖類、単糖類が好ましい。糖類の添加は、糖そのものを添加する他に、糖を水に溶解した状態で珪藻土と混合して使用することもできる。
【００１３】
本発明で用いる珪藻土としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を６５Ｗ／Ｗ％以上、好ましくは６５〜９７Ｗ／Ｗ％含有する多孔質で微細な粉末状の乾燥品又は粉砕した乾燥品を原材料とし、これに少量の融剤を添加し、高温焼成した珪藻土が好ましい。珪藻土は、多孔質の微細な粉末状で、１ミクロン（μ）もない小さな孔が幾何学的に並んだ構造を持っており、この特異な多孔質構造を有しているゆえ、保温性があり、微細な多孔が水分を吸収して膨張する性質が、気孔率の大きな多孔体を作る上で重要な意味を持つ。酸化ケイ素の含有割合が少ないと、保温性や水分の吸収が悪くなり、良い炭化物が得られなくなる。
【００１４】
本発明の方法で得られた焼成体は、乾燥、焼成条件に係わりなく、全ての条件で多孔体になり、しかも表層と内部の孔は連通され、極めて吸水性と保水性に富む性質を有する。乾燥条件、糖類の添加の有無と焼成条件、特に乾燥条件が変化すると気孔率が大きく変化する。すなわち、前記した可燃物、珪藻土及び糖類が添加された混合物を成形したものを無乾燥〜半乾燥して焼成すると、表層部が微細孔組織、内部が粗孔組織からなり、かつ表層と内部の孔が連通され、気孔率の高い多孔質構造になった炭化物が得られる。この構造を持つ炭化物は、極めて吸水性と保水性に富む。この炭化物を粒状又は粉状にして、使い捨てカイロ用発熱組成物の活性炭として使用する。
【００１５】
微細な多孔質の珪藻土に水分を保水させ、無乾燥〜半乾燥した可燃物に被覆して焼成したとき、微細な多孔質の珪藻土は保温力に優れるため、保温状態で内部は蒸し焼き状態になり、表層部に微細孔組織の固い多孔質焼成殻ができるが、内部の乾燥、焼成に伴う収縮は表層部にできたこの殻により阻止されるため、焼成に伴う全体的な体積の収縮は抑制され、内部が収縮する。その結果、内部は比較的粗い多孔質組織となり、気孔率の高い多孔質構造になった炭化物が得られる。
珪藻土単品で可燃物の被覆に使用した場合、珪藻土は多孔質構造を有するので、空気の供給が多くなり、可燃物が完全燃焼し易く、炭化物の歩留りが悪くなるが、この問題は糖類を３〜２０Ｖ／Ｖ％添加することで解消される。通常の乾燥、焼成した物では体積の収縮率が大きく、高い気孔率のものは得られ難い。
【００１６】
前記成形物の乾燥は、無乾燥〜半乾燥〜完全乾燥まで適宜選択できる。つまり、気孔率の高いものは無乾燥〜半乾燥が、強度を望むときは完全乾燥が良い。完全乾燥の場合には、気孔率が小さく、硬くて強度がある成形物ができる。
焼成温度は６００〜９００℃程度で充分である。焼成雰囲気は、酸化性〜還元性雰囲気いずれでもよい。本発明で用いる炭化物は、酸化焼成で製造できるところに一つの特徴がある。
焼成は、ロータリーキルンを用いて２〜１０分程度の短時間で内部まで所定温度に加熱して急速焼成することにより行い、その後、焼成物を取り出して放冷する。炭化に必要な時間は、直径４〜５ｍｍの粒で約１分、直径１０ｍｍ前後の粒で４〜５分必要である。本発明では、前記したように可燃物が混合されているために、炭化水素成分によって自己燃焼が進み、燃料の補給は少なくて済む。焼成された気孔率の高い多孔質構造になった炭化物は、粉砕が容易で、簡単に２０〜２００メッシュのカイロ用炭化物になる。
【００１７】
本発明の方法により製造した焼成体は、乾燥、焼成条件に拘わらず、多孔質で水を良く吸収する。焼成体の持つ機能は、吸水性、保水性の他、炭化した部分は比表面積の大きな多孔体であり、保温性も有し、これを粉砕した炭化物の粉は使い捨てカイロ用活性炭として最適である。
焼成された炭化物は気孔率の高い多孔質構造になった炭化物であり、これを粉砕することにより、２０〜２５０メッシュの使い捨てカイロ用活性炭の粉を経済的に製造できる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものでないことはもとよりである。
【００１９】
試験例１
直径１０ｍｍ前後の粒の木片と珪藻土を下記表１に示す配合量で混合し、水を加えて、木片が珪藻土で被覆された状態となるように混合した後、半乾燥で直接ロータリーキルン（酸化焼成法）に入れて２分間で９００℃まで昇温して焼成し、大気中に放冷して冷却した。得られた炭化物は、気孔率の高い多孔質構造を有する炭化物であった。
得られた焼成物の炭化物歩留りを表１に併せて示す。
【００２０】
【表１】
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表１に示されるように、可燃物（木片）と珪藻土の混合割合についてみると、珪藻土の含有率が高くなるほど歩留りが良くなり、一方、含有率が低いと木片を被覆することが難しく、燃焼して歩留りが悪くなる。
しかしながら、珪藻土の混合割合が高くなりすぎると、無機物が多くなって炭化物の割合が下がり、発熱組成物への配合割合を多くしなければならなくなる。また、炭化物の粉砕も難しくなる。従って、珪藻土の配合割合は可燃物（木片）に対して３０Ｖ／Ｖ％以下に抑えることが好ましい。
【００２１】
炭化物製造例（実施例１〜７）
直径１０ｍｍ前後の粒の木片、ショ糖及び珪藻土を下記表２に示す配合量で混合し、水を加えて、木片が珪藻土及びショ糖で被覆された状態となるように混合した後、半乾燥で直接ロータリーキルン（酸化焼成法）に入れて２分間で９００℃まで昇温して焼成し、大気中に放冷して冷却した。得られた炭化物は、気孔率の高い多孔質構造を有する炭化物であった。
得られた焼成物の炭化物歩留りを表２に併せて示す。
【００２２】
【表２】
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表２に示されるように、珪藻土に水溶性糖類（ショ糖）を共存させた物で可燃物（木片）を被覆すると、炭化物の歩留りが飛躍的に向上する。また、水溶性糖類の存在下で珪藻土の混合割合を高くすると、炭化物の歩留りが良くなる。しかし、珪藻土の混合割合を３０Ｖ／Ｖ％以上にしても歩留りは大きく変わらない。また、３０Ｖ／Ｖ％以上に高くすると無機物が多くなって炭化物の割合が下がり、発熱組成物への配合割合を多くしなければならなくなる。また、炭化物の粉砕も難しくなる。
【００２３】
試験例２
本発明の特殊炭化物を用いて調製した発熱組成物の発熱試験を以下に示す。これは、本発明の特殊炭化物が使い捨てカイロ用原料として使用可能か、通常使用されている活性炭を対照にして発熱試験にて比較したものである。
前記したようにして製造した炭化物（実施例２又はサンプルＮｏ．２）又は通常使用されている活性炭と、バーミキュライト、珪藻土、吸水ポリマー（アクリル酸ソーダ・アクリルアミド共重合体）を所定の割合で混合し、これに塩水（１０％食塩水）を添加、攪拌した混合粉３０ｇと、鉄粉２５ｇを上部口部が開放されている硝子容器に入れ、攪拌、混合して２４〜２５℃室温で発熱温度を測定した。その結果を表３に示す。
なお、混合粉の処方は以下のとおりである。
活性炭                    ３０％
バーミキュライト            ５％
珪藻土                    １５％
吸水ポリマー                １％
食塩水                      ５％
水                        ４４％
【００２４】
【表３】
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表３に示されるように、本発明品は、通常使用されている活性炭を用いた場合以上の発熱量が得られた。また、本発明品は保温性があり、高い温度を長く保つことができた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の使い捨てカイロ用発熱組成物に用いる活性炭は、可燃物と、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を６５〜９７Ｗ／Ｗ％含有する多孔性珪藻土及び水溶性糖類を原料とし、該原料を湿式混合した後、焼成、粉砕して粒状又は粉状にした炭化物であり、表層部が微細孔組織、内部が比較的粗い多孔質組織の気孔率の高い多孔質構造を有し、吸水性、保水性に富むため、得られる発熱組成物は、金属粉末の酸化がスムーズに効率良く行われ、発熱温度を長く持続させることができる。また、発熱組成物の製造において混合粉の容積を小さくでき、製造時の混合・充填が容易になると共に、使用時に嵩張らず使い勝手の良い安価な使い捨てカイロを提供することができる。