JP2017222742A - ゲル状蓄熱剤およびそれを封入した保温具 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱した際に液状化せず適度に保形性のあるゲル状蓄熱剤、およびそれを封入した保温具の提供。【解決手段】一定温度を超えるとゲル化を開始する少なくとも一種の感熱性高分子をゲル化剤として含有することを特徴とするゲル状蓄熱剤。ゲル化剤は加熱後の放冷時で４０℃における粘度が５０００η以上を有する感熱性高分子であり、メチルセルロースが用いられる。水または水系組成物とゲル化剤の割合は９９．８：０．２〜９０：１０の割合である。【選択図】図１

Description

本発明は、ゲル状蓄熱剤およびそれを封入した保温具に関する。詳しくは、一定の温度を超えると凝集もしくはゲル化を開始する性質を有する感熱性高分子を用いたゲル状蓄熱剤およびそれを封入した保温具に関する。

従来、ポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルロースを主成分とするゲル状の蓄熱剤、およびそれを袋あるいは剛性容器に封入してなる保温具が提案されている。例えば、カルボキシメチルセルロースに水を加え混ぜることによってできる粘液性保温剤が提案されている。（特許文献１参照）
カルボキシメチルセルロースは、加熱すると或る温度から急激に固形化する性質を持っている。一方、カルボキシメチルセルロースのような特性の感熱性高分子ではないゲル化剤やポリビニルアルコールを用いたゲル化剤を使用したゲル状蓄熱剤は、加熱していくと約４０℃ぐらいから過剰に柔らかくなり、さらに加温すると液状化してしまうという性質があった。そのため、万一過加熱によりゲル状蓄熱剤を封入した袋や容器が破損し、内容物が飛散する虞があった。また、温度を高くすればするほど柔らかく液状化するため、首や肩などを保温する保温具に用いた場合には、上体を起こした状態で保温具を垂直にして用いると、封入されたゲル状蓄熱剤が下方に移動して、袋内で片寄りやすく、温めたい部位（例えば首や肩）にゲル状蓄熱剤が当接しないという問題点があった。

特開平６−２２０４３１

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、加熱した際に液状化せず適度に保形性のあるゲル状蓄熱剤、およびそれを封入した保温具を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明による一態様のゲル状蓄熱剤は、一定温度を超えるとゲル化を開始する少なくとも一種の感熱性高分子をゲル化剤として含有する。

本発明による一態様の保温具は、前記ゲル状蓄熱剤を封入した。

本発明によれば、加熱した際に液状化せず適度に保形性のあるゲル状蓄熱剤、およびそれを封入した保温具を実現することが可能となる。

本発明の一実施形態のゲル状蓄熱剤として用いられるゲル化剤の温度対粘度の特性図。 本発明の一実施形態の保温具に用いられる、ゲル状蓄熱剤を充填したゲル化剤収納袋の一部を切り欠いて示す外観図。 図２のゲル状蓄熱剤を充填したゲル化剤収納袋を収納する外装カバーの開口を開けてゲル化剤収納袋を収納している状態を示す外観図。 図３のゲル化剤収納袋を外装カバーに収納し、人体の首肩に当てて保温具として使用している状態を示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

先ず、本発明の実施形態の概要を説明する。

本発明に用いられるメチルセルロースとしては、加熱後の放冷時に４０℃における粘度が５０００η以上であれば、特に制限はないが、好ましくは１００００η以上である。

なお、粘度については、ゲル状蓄熱剤中に球を落下させ、一定距離を通過するのに要する時間から、ストークスの法則に管壁の影響を考慮して下記式１によって粘度η（ポアズ単位）を求める。
［式１］

ここで、ｄは球の直径、ρは試料の密度、ρ０は球の密度、ｇは重力の加速度、１は落下距離、ｔは落下時間で、Dは円管（試料容器）の直径である。（すべてｃｇｓ単位の値を用いる）
さらに、本発明の感熱性高分子からなるゲル化剤の配合量としては、水：ゲル化剤＝９９．８：０．２〜９０：１０が好ましい。なお、ゲル化する対象は、通常、水が用いられるが電子レンジで加熱可能なエタノールなどアルコール類、あるいは水とアルコール類の混合物など水系組成物を用いても良い。

図１は、本発明の一実施形態のゲル状蓄熱剤のゲル化剤として用いられるメチルセルロースの温度対粘度の特性を示している。試験方法は、メチルセルロース水溶液を昇温後、次に冷却した場合について、各温度での粘度をプロットした。

図１に示すように、メチルセルロースの挙動に関しては、加熱すると５５℃を超える辺りから急激に粘度が上がって硬くなり、その後冷えて行くと段々に粘度が下がっていくという挙動を示す。同じ温度でも、加熱していったときと、加熱後に冷めていったときの粘度は違っており、実際に使用時の実用性からして、ゲル状蓄熱剤を電子レンジで加熱していって固形化した後、即ち加熱しゲル化を開始した後（加熱後の放冷時）で４０℃のときに粘度が５０００η以上を有する感熱性高分子であることが必要である。つまり、ゲル化剤は水または水系組成物中に添加されるものであって、加熱後の放冷時で４０℃の時に５０００η以上の粘度がある感熱性高分子と定義される。

０．２％よりも低いとゲル化能力に欠け水全体をゲル化することができない。１０％よりも高いとゲル化剤の量が過剰でコスト高となってしまう。

本発明に用いられる感熱性高分子としては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどが好ましい。また、メチルセルロースなどのゲル化剤の熱ゲル化温度を調整するため各種の添加剤を加えても良い。添加剤としては、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化鉄、塩化マグネシウム、グルコース、グリセリン、エタノール、ポリエチレングリコールなどが用いられる。

上記のように構成されたゲル状蓄熱剤は、まず、加熱後の放冷時に４０℃における粘度が５０００η以上を示して保形性があるゲルとなる。このため、このゲル状蓄熱剤を封入した保温具では、電子レンジで過加熱した際、容器が破損しても内容物のゲルが勢いよく飛散することがない。保温具としての使用温度域で容器内でゲル状蓄熱剤が偏在することがない。

以下、一実施形態に従って本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

メチルセルロースである信越化学工業製のメトローズSM-4,SM-100,SM-4000を用いてゲル状蓄熱剤を得た。水に溶解させ表１の濃度とした。さらに、ポリビニルアルコールを水に溶解させたゲル状蓄熱剤について比較例とした。

実施例１〜３、比較例１に調整したゲル状蓄熱剤を試験管に２０ｍｌ取り、５０℃に加熱した後、放冷し各温度で次の通り球体の落下速度と落下距離を測定した。

粘度の測定の仕方は、以下の式２の通りである。
［式２］

ここで、ｄは球の直径、ρは試料の密度、ρ０は球の密度、ｇは重力の加速度、１は落下距離、ｔは落下時間で、Dは円管（試料容器）の直径である。（すべてｃｇｓ単位の値を用いる）
今般の測定の際に用いた測定機器の数値は以下の通りである。
球の直径ｄ＝１．１ｃｍ
試料の密度ρ＝１
球の密度ρ０＝７．７５ｇ／ｃｍ３
重力の加速度ｇ＝９８０ｃｍ／ｓ２
円管（試料容器）の直径D＝１．６ｃｍ

各試験での落下距離１，落下時間ｔは表２に記入した。なお、上記式２に値を代入し求めた粘度ηも表２に記載した。

※１：３００秒以上落下しないため測定不可
※２：１秒未満で測定不可

測定した粘度と性状を観察した様子から次のような評価となった。
◎：１００００超 流動性がほとんどない。
○：５０００〜１００００ 流動性は多少あるが容器内で傾けても偏在しにくい
△：２０００〜５０００未満 流動性が有り容器内で傾けると偏在する。
×：２０００未満 液体とあまり変わらない

次に、実施例１〜６、比較例１の処方で湯煎により加熱していった際の各温度における性状を観察した。

なお、温度に対し粘度は、一義的に決まらない。あたためる際の粘度上昇と、使用時（ゲルが冷えていく時）の粘度下降では同じ温度でも粘度は異なる。

例えば、実施例１に使用のゲル化剤は、湯煎で加温していった際の４０℃における粘度は、ほぼ液体のようで１秒未満で落下するため測定不可であったけれども、その後の５０℃まで加温した後に自然放冷し、４０℃における粘度は３００秒以上落下しない程流動性のないもので、３５℃における粘度は２５３１であり流動性はあるが糊状のゲルであった。

実施例１〜６および比較例１の処方のゲル状蓄熱剤３００ｇをナイロンポリエチレン製１０ｃｍ×２５ｃｍの四方シール袋に充填し、湯煎で５０℃まで加温した後、常温で放置し、各温度域で短側面を摘み吊して状態を観察した。

実施例１〜６のゲル状蓄熱剤は、５０℃〜４０℃の温度では弾力の高いゲル状物で袋内での片寄りは一切見られなかった。３５℃当たりでも多少の流動性は見られるものの袋内では片寄りにくかった。３０℃以下になると急激に柔らかく流動性が高くなり中身が袋内で片寄ってしまった。しかし、保温具として用いられる温度域は体温より少し高い３８℃から約４５℃（多少熱い場合はカバーへ収容）なので、実施例１〜６に記載のゲル状蓄熱剤は、使用温度域では中身が片寄らず快適な保温具であった。

一方、比較例１については、４５℃を超える温度では流動性が高く、袋内で中身が偏在してしまった。また、５０℃以上では、ほぼ液状となり、万一過加熱して袋体が破裂すると、内容物が飛び散るおそれがあった。４５℃未満では弾力の高いゲル状物で、袋内で片寄ることはなかった。したがって、保温具として使用開始時（４５℃を超える付近）では、流動性が高いため中身が袋内で片寄ってしまうものであり、人体の所望部位への当接には適さなかった。

実施例１〜６、比較例１のゲル状蓄熱剤３００ｇをナイロンポリエチレン製１０ｃｍ×２５ｃｍの四方シール袋に充填し保温具を得た。それぞれを電子レンジで５分加熱したころ、いずれも過加熱により袋体が破袋したが、実施例のゲル状蓄熱剤は保形性のあるゲル状物のため、塊状となっておりゲルはほとんど周囲にはあまり飛散しなかった。

比較例１のゲル状蓄熱剤は、過加熱の破袋時は液体に近く、電子レンジ内の広範囲に飛散していた。

図２乃至図４は、本発明の一実施形態の保温具を説明する図である。首、肩保温用のブーメラン形状にした保温具を示している。

図２に示すようにブーメラン形状のゲル化剤収納袋１０を用意する。この収納袋の内部に例えば内部空間に中を挟めるように凸状のシール部ａ１，ａ２を設け、空間領域にゲル化剤２０を注入することによって、ゲル化剤２０が流体化した場合でもゲル化剤のゲル化剤収納袋１０内における片寄りを少なくする構成としている。図２のようにゲル状蓄熱剤としてのゲル化剤２０が充填されたゲル化剤収納袋１０の状態が使用可能な保温具としての機能を果たすことができる。なお、この凸状形状を図２のようにすることで、その部分で折ることができ電子レンジ内で、温める際に折り畳んで設置し易くなる。

次に、首、肩保温用のブーメラン形状にした保温具を人体に適用するために、図３に示すように、図２のゲル化剤２０の入ったゲル化剤収納袋１０をさらに収納するためのブーメラン形状の外装カバー３０を用意する。

この外装カバー３０には、ゲル化剤２０の入ったブーメラン形のゲル化剤収納袋１０を挿入するための開口３１が設けてあり、この開口３１には、カバー本体３２に連接して開口３１を覆うことによって閉じるための蓋部３３が設けられている。図３に示す二点鎖線ｂ’ は、蓋部３３を折って閉じたときに蓋部の一辺ｂが折り重なる位置を示している。

図４は、図２のゲル化剤を充填したゲル化剤収納袋１０を図３の外装カバー３０内に収納し、外装カバー３０の蓋部３３を閉じて人体の首肩に当てて保温具として使用している状態の外観を示している。

このように、ゲル状蓄熱剤を用いて人体に対する保温具として使用する場合には、ゲル状蓄熱剤としてのゲル化剤を、ゲル化剤収納袋に充填し、さらに身体の保温部位に適合した形状の布製等の外装カバーに入れて使用する。特に首、肩保温用であれば例えばブーメラン形状の外装カバーに入れて首や肩に掛けて使用すると中央の弧状部分が首に当たり、両端が両肩に当接して、好適である。

以上、詳述したように本発明の実施形態によれば、ゲル状蓄熱剤は、人体の保温具として用いる際に使用温度域で適度な柔軟性を示し、万一の過加熱で容器が破損した場合でも内容物が飛散しにくい等の効果を有する。さらには、ゲル状蓄熱剤を加熱後放冷した時の４０℃で粘度５０００η以上とした保温具の場合には、袋状容器に収容した際に中身が偏在しにくいなどの効果を奏する。

Claims (4)

1. 一定温度を超えるとゲル化を開始する少なくとも一種の感熱性高分子をゲル化剤として含有することを特徴とするゲル状蓄熱剤。
2. 前記ゲル化剤は水または水系組成物中に添加されるものであって、加熱後の放冷時で４０℃における粘度が５０００η以上を有する感熱性高分子であることを特徴とする請求項１に記載のゲル状蓄熱剤。
3. 前記ゲル化剤としてメチルセルロースからなる感熱性高分子を使用し、水または水系組成物とゲル化剤の割合を９９．８：０．２〜９０：１０の割合としたことを特徴とする請求項１に記載のゲル状蓄熱剤。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のゲル状蓄熱剤を封入したことを特徴とする保温具。

Images