JPS61213283A - 発熱組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、鉄等の金属粉、それの反応助剤、及び水を保
持する保水剤を主体とする混合物か−ら成り、空気（酸
素）の存在下で発熱する使用捨てカイロ等に使用される
発熱組成物に関するものである。

従来の技術 金属、反応助剤及び保水剤等の混合物における金属の酸
化反応を利用した発熱組成物線、従来から既に各種のも
のが知られている。

使い捨てカイロに使用される金属としては、鉄、鋼、ア
ルミニウム等があり、これらは単体で又は混合の状態で
使用されている。反応助剤は、前記金属の酸化反応を促
進するものであり、例えば塩化カリウム、塩化ナトリウ
ム、塩化カルシウム、塩化第一鉄、塩化マグネシウム、
塩化アルミニウム、臭化第一鉄等の金属ハロゲン化物、
硫酸第一鉄、硫酸マグネシウム等の金属硫酸塩、二酸化
マンガン等の金属酸化物があるが、実用上、金属塩化物
が好んで用いられる。

また、保水剤としては、一般に活性炭、シリカゲル、木
粉、吸水性高分子等が使用されている。

次に１使い捨てカイロの製造方法としては、通常、金属
粉を除いた組成分を予め混合した後、この混合粉と金属
粉の一定量を所定の通気性を有する内袋に充填し【シー
ルし、さらＫこの内袋な非通気性の外袋に収納密封する
方法と、金属粉とその他の組成分とを同時に混合し、上
記と同様内袋に充填シールした後外袋に収納する方法と
があるが、いずれの場合も製造時の大きな問題として次
の二点が挙げられる。

（１）金属粉と水とが反応して水素ガスが発生する。

（２）混合粉忙団粒が生ずる。

すなわち、上記のように金属粉、水を吸水している保水
剤及び反応助剤の混合粉は、通気性の内袋に充填シール
された後さらに非通気性の外袋に収納密封されているの
であるが、製造されてから使用される迄の間、金属粉が
広い面積で水と接しているので、たとえ酸素との接触が
なくても、緩慢ではあるが、金属の腐蝕反応が起こって
水素が発生する。さらに反応助剤として金属ハロゲン化
物等を共存させた場合、その反応はさらに促進させられ
ることがある。

水素ガスの発生は、その生成速度が速く量的に多ければ
、製造所内での引火、爆発の危険性をはらみ、実際上製
造が困難となる。また、生成速度が遅くても、ある量以
上発生すれば、保管倉庫内さらには販売店頭において同
様の危険性を有する物となる。

一方、団粒の生成は、粉体の正常な流れを悪化させたり
、時には停止させ、著しく生産性を低下させたり、また
充填量にバラツキを生じさせ、さら＆Ｃｄ品質の安定性
を悪くする原因の一つでもあり、ひいて社品質の低下に
つながっている。

水＋１ｅガス発生のメカニズムについては、次の如くで
ある。

水素ガスは、金属が酸化反応を受ける時に発生するが、
反応式は下記のとおりである。すなわち、酸化を受けて
いる鉄表面のアノードの部分で唸 Ｐａ−→Ｆｅ　　＋２ｅ　　　　　　　　　（１）カソ
ードの部分で社 ２Ｈ＋　２ｅ　−Ｈａ　　　　　（２）２Ｈ禽０　＋　
２ｅ　−Ｈａ　＋　２０Ｈ−（３）あるいは ＨｓＯ＋イＯ１ｌ＋２ｅ→２α［（４）の反応が起こっ
ている。アノードの部分で生じた第一鉄イオンｒｅ　　
は、さらに次のような反応で酸化物を形成する。

Ｆｅ”　＋　２０Ｈ−＋＋＋４　Ｆｅ（ＯＨ）ｇ　　　
（５）２Ｆｅ（ＯＨ）ｇ　＋　”／２０ｓ　−Ｆｅａｒ
ｓ　＋　２ＨｓＯ（６）このような酸化反応が起こるの
で、カソードの部分では水素ガスを発生する。

以上のようなメカニズムを考慮に入れて、水素ガス発生
を防止する方策として次のような方法が行なわれている
。

（ａ）　　添加する水の量を減らす方法（ロ）混合粉に
アルカリ性溶液又はアルカリ弱酸塩溶液を添加、熟成す
る方法 （Ｃ）　　窒素ガスの雰囲気下で製造した後、ガス抜き
を行なう方法 このような方法で対応する場合には、各々次のような欠
点がある。

（ａ）　　水の量を少なくすれば、当然のこと乍ら発熱
時間は短かくなる。従って、商品価値を損なうと共に経
済的なロスとなり、実用上採用困難である。

Φ）　混合粉にアルカリ性溶液又はアルカリ弱酸塩溶液
を添加熟成する方法として捻、特開昭５５−５２３７７
号、特開昭５５−５６１８０号、特開昭５７−１７２９
７３号等により多数提案されている。

しかし、アルカリ処理の場合、適正な添加量を決定する
ことがかなり困難であり、多過ぎたり、少なすぎたりす
る場合がある。少ない場合には効果がなく、逆に多い場
合は本質的な問題を生じてしまい、発熱しなかったり、
発熱しても低温のため使い捨てカイロの目的が達成でき
なくなる場合がある。

（Ｃ）　　窒素ガス処理の場合は、混合段階から熟成、
さらに外袋に内袋な収納する迄の全ての段階においての
作業を窒素気流中で行なうことが必要であり、製品のラ
ンニング・ストックが多くすり、設備、建物等の投資も
多（なり、コスト面でのマイナスが大きくなる。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、上記のような欠点を新たに生ぜしめず
に、水素ガスの発生が殆んどなく、さらに混合粉製造時
に団粒の生成もなく、しかも充分な発熱特性を有する発
熱組成物を提供するととＫある。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するため、前記した発熱組成
物において、それに用いる保水剤として、鉄鉱石を直接
還元する際に副生物として得られる粒度の粗い活性炭を
用いることを特徴とするものである。このような活性炭
の粒径は＋５０メツシュより粗く、実質的ＫＦｉ８０〜
３０メツシュの粒子で構成されている。

発明の作用及び態様 従来、発熱組成物の保水剤として用いられている活性炭
としては、木炭系、ヤシガラ系、石炭系の３種類のもの
が多（使用されているが、保水能力が不充分なために種
々の問題が発生している。

従来、これらの活性炭を選定する場合、その粒度郷は以
下の理論により選定されていた。すなわち、活性炭の吸
水性能は、活性炭の粒子の表面積に比例する故、単位重
量当りの表面積が太き（なるように粒径の小さい活性炭
の方が性能が良く、通常は粒径が８０メツシュ以下のも
のが良いとされ、一般的にＦｉ５００〜６００メツシュ
の粒径のものが使用されている。

しかしながら、本発明者らの研究によると、鉄鉱石をコ
ークス（乾留炭）などで直接還元した際に副生ずる活性
炭であって、粒径が１５０メツシ工以上、実質的には８
０〜３０メツシュのものは、保水能力が従来使用されて
いる活性炭に比較し【約２倍と高く、かつ発熱組成物中
に適量、例えば金属粉１００重量部当り約１０〜４０重
量部混合することにより、使用直後（開封）の立上り温
度も高く、かつ必要とされる使用時間中、比較的高温状
態が継続することが見い出された。

本発明に使用される活性炭は、次のような方法にて製造
されたものである。

鉄鉱石に過剰のコークスなど炭素物質を加え、酸素存在
下で約１０００℃の高温下で還元を行なう。ロータリー
キルン内での還元時のコークス等と鉄鉱石の比率は約３
０ニア０（重量ｔｓ）である。生成物を粉砕後、磁力選
鉱等によって還元鉄を収得する。この際に副生した残余
の過剰の炭素分が本発明で用いる活性炭である。この際
に得られる活性炭の組成社、一般的に、固定炭素７０％
以上、揮発公約５％、水分的３１である。

このようにして製造された活性炭はいずれも使用できる
が、特に特公昭５１−１６０３８号公報に記載の方法に
よって製造された活性炭が好ましい（その詳細は特公昭
５１＝１６０３８号公報参照）。

このようにして得られた活性炭を用いて発熱組成物を製
造した場合、活性炭の特性に基づき使〜）捨てカイロに
おいて下記の如き長所が見られる。

１）使い捨てカイロとして必要とされる量の水を吸水さ
せた場合、なおそれ以上の保水能力を有しているから、
混合粉を調製する際に湿った状態にならず、流動性が良
好である。このため、各組成分がよく均一に混合すると
共に、いわゆるまま予約な団粒、塊粒が生じない。従っ
て、内袋への充填も、閉塞等のトラブルも起こらず、充
填誤差もなくスムーズに行なうことができる。

１１）　　通常の活性炭を使用して発熱組成物を製造し
た場合、その活性炭の水吸着能（保水能力）が比較的に
弱いため、保管時において、どうしても一旦吸着された
水の一部が離水して鉄粉と反応し、水素ガスを発生して
くる。

これに対して、本発明で用いる活性炭は水吸着力（保水
力）が強いので、上記のような離水現象が起こらず、従
って水素ガスの発生は殆んど見られない。従って、当然
に従来のようなアルカリ処理等も必要としない。

１１１）使い捨てカイロにおいては、使用後、可及的速
やかに一定温度に到達し、かつ目的とする時関門所望温
度が保持されることが必要であるが、本発明による発熱
組成物の場合、特有の物理的構造を有し、酸化触媒作用
が強く、またその製造方法に起因して微量の還元鉄粉を
含有している活性炭を使用しているから、従業の通常の
活性炭を使用したカイロに比べて、立上りの酸化反応も
早く始まり、温度上昇速度も早い。

各種活性炭の性能比較を下記第１表に示す。

以下余白 第１表 ・ｘ）ｐＨがアルカリ側にある場合は、水素ガス発生の
抑制効果が有る。

・麿）　ＪＩ８　Ｋ　＋４７４による。

−３）　ＪＩ８　Ｋ　１４７０１ｃよる。

・４）保水量の試験方法は下記のとおりである。

活性炭ｌｏｆを正確に秤量した後、約５００−のビーカ
ーに投入する。その後、正確１／Ｃ２００ｆの水を上記
ビーカーに加え″Ｃ５分間放置する。

別に正確に秤量し艶トールビーカー（容量３００ｇｄ）
を用意し、その上部にロートを設置しＣｍ５Ａの濾紙を
使用して５分後に濾過を行ない、トールビーカー中に余
剰の水を回収する。

次式により保水量を計算する。

（式中、人は濾過水の重量である） なお、保水量（吸水能力）はヨード吸着能、メチレンブ
ルー吸着能と大体傾向は一致する。

本発明の発熱組成物は、保水剤として前記した特殊の活
性炭を使用することを特徴とするものであるが、従来公
知の各種保水剤との併用については、この発明、の目的
とする効果の低下、減少を来たさない範囲においての使
用は容認できる。また、反応助剤としても従来公知の各
種のものが使用でき、その配合量も従来公知の量的割合
で充分であり、一般に金属粉１００重量部当り４〜１２
重量部の割合で用いられる。

実施例 以下に実施例及び比較例を示し、得られた各発熱組成物
の特性及び性能について具体的に説明する。

下記の如き処方に基づき、各種活性炭を使用した発熱組
成物を調製した。　　　。

鉄粉　　　　　　３０　重量部 活性炭　　　　ｌＯｌ 塩化カルシウム　　　２１ 水　　　　　　　　　１２　　ｌ 計　　　　　　　　５４　重量部 すなわち、予め規定量の塩化カルシウムを水に溶解し、
その溶液を活性炭に添加しながらよく混合して処理済活
性炭を調製する。この処理済活性炭を蓋付きタンク内に
一日放置し、熟成する。次に、規定量の鉄粉に上記熟成
済活性炭を加えてよく混合し、発熱組成物とする。

（イ）発熱組成物の充填特性 上記発熱組成物の混合粉の性状を第２表に示す。

第２表に示す如く、本発明で用いる活性炭以外の処理済
活性炭において塊粒状物がかなり多く存在するため、均
質な発熱組成物を調製する上において、またそれを充填
機で内袋に充填する上において、不均質による製品むら
、閉塞等による充填量のバラツキ等の不合理が生じたが
、本発明の処理済活性炭を用いた発熱組成物においては
このような不都合を生じなかった。

（ロ）発熱組成物の発熱性能 各種活性炭を用いて調製した発熱組成物を、内面に５０
μのポリエチレンをラミネートｕ片１面の隅部一定位置
に穿孔を施した縦横サイズ８０Ｘ１２０瓢の不織布の袋
に充填し、シールした後、これなアルミ製の外袋に収納
シールして製品とした。

試験時に外袋を破り、東京都条例に基づ（方法により発
熱試験を行なった。結果は第２表に示す如くであった。

第２表 り　活性炭の代りに木粉を使用した処方である。

上記各発熱組成物の発熱温度の経時変化を図面に示す。

図面に示すグラフから明らかなように１本発明に係る活
性炭を使用した発熱組成物においては最高温度に極めて
短時間で到達し、しかも高温状態が長時間保持されるこ
とが確認された。

ｆｌ　　発熱組成物の水素力゛ス発生量各種活性炭を用
いて調製した外袋懺済みの発熱組成物（化学カイｃ１）
の水素ガス発生量を、下記の測定法により調査した。

１ｔのメスシリンダーＫ　５００−の水を入れ、これに
前記した各種の化学カイロを浸漬し、容量の増加により
その容積を予め測定しておく・これらの化学カイロを５
０℃の恒温槽に２４時間保存した後、再び取り出して上
記と同様にして化学カイロ（袋体）の容積を測定し、そ
の容積増加量を水素ガス発生量とする。水素ガス発生量
は４８時間後、さらには７２時間後まで調査した。結果
を第３表に示す。

以下余白 第３表 上記表から明らかなように、従来使用されている活性炭
処方品は保管時の水素ガスの発生量が多いので、これら
の活性炭単独で一使用が困難であり、このため従来はア
ルカリ処理や使用鉄粉の特殊処理等により水素ガス発生
を抑制している。これに対して、本発明品の場合には水
素ガスの発生が無視し得る程度に少なく、従ってアルカ
リ処理等の必要性がない。

発明の効果 本発明に係る発熱組成物は、その保水剤として鉄鉱石を
コークス等で還元する際に副生ずる活性炭を使用するも
のであって、その物理的構造や化学的特性に基づき保水
能力が大きいため、保管時に水素ガスの発生が見られず
、極めて安全な製品となり、また従来のようなアルカリ
添加等の事前の特殊処理が必要とされず、しかも鉄鉱石
の還元プロセスの創生物を利用できるため、その製造も
簡便かつ安価となる。さらに使用する活性炭の吸水能力
が大きいためＫ、熟成活性炭に塊粒状物あるいは団粒状
物が生成せず、充填がトラブルなく行なえる。しかも、
本発明に係る発熱組成物は、酸化作用が強く、吸収力が
大であるに比し放出速度は適当であり、またその製造方
法に起因して微量の還元鉄粉を含有している活性炭を使
用しているから、使用時においては立上り温度の上昇速
度が早く、かつ高温に長期間保持されるという優れた効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

図面は各種発熱組成物の発熱温度の経時変化を示すグラ
フである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属と反応助剤と保水剤とを有し、水と空気の存在
   下で発熱する組成物において、保水剤として鉄鉱石を還
   元する際に副生する活性炭を用いることを特徴とする発
   熱組成物。 ２、上記活性炭が、その粒径が１５０メッシュより粗で
   実質的には８０〜３０メッシュの粒子により構成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の発
   熱組成物。