(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対湿度５０％の雰囲気下での吸水率が３％〜６０％の吸水性顔料と、潜熱蓄熱材を内包するマイクロカプセルとを同一の粒子内に併せ持つ固形物からなる粉体が最大径が０．１〜５０ｍｍに造粒され、包材に充填されてなる蓄熱性能を有する粉体をマイクロ波照射により加熱及び蓄熱する方法。
【請求項２】
吸水性顔料と、潜熱蓄熱材を内包するマイクロカプセルの分散液の混合物を乾燥して得られる請求項１記載の蓄熱性能を有する粉体を加熱及び蓄熱する方法。
【請求項３】
吸水性顔料がシリカゲル、珪酸マグネシウム、活性アルミナ、ゼオライトの少なくとも１種を含む請求項１記載の蓄熱性能を有する粉体を加熱及び蓄熱する方法。
【請求項４】
蓄熱材をマイクロカプセル化する手段がインサイチュー法であり、マイクロカプセルの平均粒径が０．５〜５０μｍである請求項１記載の蓄熱性能を有する粉体を加熱及び蓄熱する方法。
【請求項５】
粉体化せしめる方法がスプレードライング法である請求項１記載の蓄熱性能を有する粉体を加熱及び蓄熱する方法。
【請求項６】
包材が、不織布製または布製である請求項１記載の蓄熱性能を有する粉体を加熱及び蓄熱する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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又は保温することが可能な蓄熱性能を有する粉体の加熱方法に関するものであり、本発明の蓄熱性能を有する粉体を包材に充填したものは、従来から知られているカイロ、湯たんぽ、行火等と同様の用途に寒冷所における温熱器具として利用可能である。本発明の蓄熱性能を有する粉体は一旦加熱することにより保温効果が長時間持続するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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３０℃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】
本発明者は、前記課題を解決するために特開平８−１９５６４号公報中で、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を提案した。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。また、水分が半分近くを占めるため潜熱蓄熱材の含有量が高まらなかったり、携帯用とするには重いという難点もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来の湯たんぽで行なわれていた様な熱湯を注ぎ込むような操作は必要とせず簡単な操作で繰り返し蓄熱と放熱を可能とし、保温時間が長時間に及ぶ蓄熱性能を有する粉体を得ることにあり、同時にマイクロ波を長時間照射しても膨張や変形が生じない安全な保温材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、潜熱蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物と吸水性の高い顔料を混合することにより得られ、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。すなわち本発明は、潜熱蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物と吸水性顔料が混合された粉体を得ることと、その粉体にマイクロ波を照射し加熱して使用することにより達成される。この時マイクロカプセル粉体と吸水性の粉体同士を別々に混合しても本発明の効果は達成されるが、同一粒子内に両者を併せ持つ粉体の方が短時間のうちに蓄熱が完了し、しかも蓄熱保持時間も長時間に及ぶため好ましい態様である。
【０００８】
マイクロカプセルとは直径約０．１μｍ〜数ｍｍの微小な容器であり、液体中に分散されておれば蓄熱材の相変化状態に関わらず常に液体である。本発明においては蓄熱材を内包するマイクロカプセル分散液中に吸水性顔料を添加し分散液とした後乾燥工程を経て本発明の蓄熱性能を有する粉体が得られる。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系に設定される必要があり、最適な粒子系としては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。
【０００９】
本発明でマイクロカプセルの固形物とともに混合さ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り、吸水率が３％〜７６％、好ましくは５％〜４０％の顔料を示す。尚、本発明で述べる吸水率とは、以下の計算式により導かれる。
【００１０】
【数１】
0004237909.tif 000002
ここに、ａ：３００℃、３時間熱処理後の顔料の重量（ｇ）、ｂ：１気圧、相対湿度５０％、２３℃の雰囲気下に２４時間静置した後の顔料の重量（ｇ）を示す。
【００１１】
吸水率が５％以下の顔料では発熱に必要な水分が少ないため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７０％以上の顔料になるとべたつきが生じ粉体混合物が固まりやすくなるため好ましくない。
【００１２】
本発明で用いられる吸水性顔料としては、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウム等の多水塩を形成しうる無機塩類やベントナイト、カオリン、フラーズアース、酸性白土、活性白土、モンモリロナイト、アタパルガイト、セピオライト、ハロイサイト、パイロフィライト、セリサイト、バーミキュライト、クロライト、アロフェン等の粘土好物顔料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。また、有機系では高吸水性高分子樹脂粒子に上記吸水率の範囲で水を配したものを用いても良い。これら吸水性の顔料はマイクロ波が照射されることにより発熱材としての役目を有し、その熱は直接または間接的に接触しているマイクロカプセルに伝熱される。
【００１３】
これらの吸水性顔料とマイクロカプセルの固形重量の混合比率は目的に応じ如何なる比率にも設定できるが、マイクロカプセルの重量比率が増すことにより保温性が向上し、吸水性顔料の比率が増すことによりマイクロ波により迅速な加熱が可能となるため目的に応じて自由に設定される。マイクロカプセルと吸水性顔料の混合工程は、マイクロカプセル分散液中に直接吸水性顔料を混合しても良いし、予め吸水性顔料のみを水性分散液とした後、分散液同士を混合しても良い。吸水性顔料を分散液とする際には、適する分散剤を用いて所望の粒子系まで機械的に分散される。
【００１４】
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系は、５〜３００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍの範囲に設定される。
【００１５】
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。粉体の形状は、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。大きさは最大径で０．１〜５０ｍｍの粒状に成型される。
【００１６】
本発明で使用可能な潜熱蓄熱材は相変化を伴う化合物であれば無機系、有機系いずれのものでも使用可能であるが人体に接した場合に心地よい温熱を感じ得る温度域に融点を有する化合物が好ましい。好ましい融点としては３０℃以上であり、具体的には、塩化マグネシウム・６水塩、酢酸ナトリウム・３水塩、硝酸マグネシウム・２水塩等の多量の結晶水を含む無機化合物。脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ステアリン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸等の高級脂肪酸、セチルアルコール、ステアリルアルコール等の高級アルコール、安息香酸フェニル、フタル酸ジシクロヘキシル等の有機化合物が挙げられ、これらは単独または２種以上を混合して用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
潜熱蓄熱材のマイクロカプセル化方法は用いられる潜熱蓄熱材の性状により異なるが、代表的な手法、膜材としてはコアセルベーション法によるゼラチン皮膜、インサイチュー法によるメラミン樹脂、尿素ホルマリン樹脂皮膜、界面重合法によるポリウレタン、ナイロンあるいはポリ尿素樹脂皮膜、液中乾燥法による樹脂皮膜等の公知の手法及び膜材が挙げられる。一般にマイクロ波照射により局部的にかなりの高温になることもあるので蓄熱材を内包するマイクロカプセルの皮膜も耐熱性が要求されるため、マイクロカプセルの手法としては耐熱性の高い皮膜が得られるインサイチュー法によるメラミン−ホルマリン樹脂マイクロカプセル、尿素−ホルマリン樹脂マイクロカプセルが特に好ましい。これらのマイクロカプセルの内側または外側には過冷却防止材、比重調節材、劣化防止剤、難燃材、着色剤、香料、光触媒機能材料、接着剤、分散補助材等が添加できる。
【００１８】
本発明の粉体は、目的に即した包材に充填することにより固定化される。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、ポリウレタン、ポリ尿素、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遮断、保温できるような素材、例えば適当な厚みを有する布製の袋等でこの包材の外側を覆うことにより人体に接触した場合の使用感も良くなるし発熱持続時間の調節も可能となる。
【００１９】
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。マイクロ波の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。本発明による粉体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、粉体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。
【００２０】
【実施例】
参考例１
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５．０μｍになるまで乳化を行なった。次にメラミン５ｇと３７％ホルムアルデヒド水溶液７．５ｇ及び水１５ｇ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堆積平均粒子径は５．２μｍであった。
【００２１】
水で固形分濃度を４０％(w/w)に調整した上記マイクロカプセル分散液１００部と、固形分濃度３０％(w/w)に分散した吸水率１０％のゼオライト粉末の分散液５０部との混合分散液をスプレードライヤーを用いて乾燥することにより平均粒径２０μｍの蓄熱性能を有する粉体が得られた。この粉体１００ｇを厚さ０．５ｍｍのポリエステル繊維から成る通気性のある不織布袋の中に充填して温熱治療用保温材を得た。この保温材を高周波出力５００Ｗの家庭用電子レンジで２分間加熱した後、人体腰部にあて続けたところ、心地よい温熱が長時間持続した。
【００２２】
実施例１
尿素５ｇとレゾルシン０．５ｇを溶解し、ｐＨを３．０に調整した５％のエチレン−無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００ｇ中に融点４０℃のミリスチン酸ミリスチル８０ｇを激しく撹拌しながら添加し平均粒子径が１０μｍになるまで乳化を行なった。次にこの乳化液に３７％ホルムアルデヒド水溶液１４ｇと水２０ｇを添加し６０℃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１０．２μｍであった。
【００２３】
水で固形分濃度を４０％(w/w)に調整した上記マイクロカプセル分散液１００部と、固形分濃度３０％に分散した吸水率５０％のセピオライト（珪酸マグネシウム）粉末の分散液４０部の混合分散液をスプレードライヤーで乾燥することにより平均粒径５０μｍの蓄熱性能を有する粉体が得られた。更にこの粉体を顆粒造粒機を用いて直径５ｍｍの蓄熱性能を有する粉体を得た。この蓄熱性能を有する粉体３００ｇを布製の袋に充填し、電子レンジを用いて３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。
【００２４】
比較例１
実施例１においてゼオライト粉末を使用せず、マイクロカプセルを単独で乾燥させて得た粉体を同様に包材に充填して電子レンジで加熱操作を施したところ、保温材内の温度は２８℃までしか上昇しなかった。このマイクロカプセル粉末の吸水率を測定したところ１．６％であった。
【００２５】
比較例２
実施例１においてゼオライト粉末を使用せず、替わりに吸水率０．８％の炭酸カルシウム粉末を用いて同様に電子レンジで加熱操作を施したところ、保温材内の温度は２３℃までしか上昇しなかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明による蓄熱性能を有する粉体は、固形状の蓄熱材として使用することが可能で通常の粉体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。しかも従来の湯たんぽの様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。本発明の粉体の充填物またはシート状に加工されたものは、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。