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湿度インジケータ用塗料、該塗料を用いてなる湿度インジケータ
説明

湿度インジケータ用塗料、該塗料を用いてなる湿度インジケータ

【課題】高湿度において検知湿度を所望のレベルに容易に調整しうる湿度インジケータを提供する。
【解決手段】少なくとも、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、水系樹脂エマルジョンと、水溶性高分子化合物とからなる湿度インジケータ用塗料を担持体に付着させ、加熱乾燥して該塗料を呈色組成物とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、変色により湿度の上昇を容易に視認しうる湿度インジケータと、該湿度インジケータの製造に用いる湿度インジケータ用塗料に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、商品包装に封入される乾燥剤として、シリカゲル入りの小袋が用いられており、この小袋内には、乾燥状態を把握するためのインジケータとして、青ゲルと呼ばれる塩化コバルト含浸シリカゲルが混入されていた。しかし、コバルトは重金属であるため、環境上、コバルトを含有しない湿度インジケータが望まれている。
【0003】
特許文献1には、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、水系樹脂エマルジョン又は水溶性高分子化合物とからなる湿度インジケータ用塗料を不織布等の担持体に付着させ、加熱乾燥させてなる湿度インジケータが開示されている。係る湿度インジケータは、重金属であるコバルトを含まず、微量の湿度にも鋭敏に反応して変色することから、湿度に対して厳重な管理が要求される電子部品の包装体に好ましく用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−316058号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記したように、電子部品の包装体には信頼性の高い湿度インジケータが要求されるが、包装体によって検知すべき湿度のレベルが異なり、使用者の要求に応じて検知湿度を任意のレベルに容易に調整しうる湿度インジケータが望まれている。また、最近では、高湿度レベルを検知する湿度インジケータに対する要望も増えており、相対湿度50%RH以上の所望の湿度を検知する湿度インジケータが要求されている。
【0006】
本発明の課題は、所望の検知湿度を検知しうる湿度インジケータを提供することにあり、特に、高湿度において検知湿度を所望のレベルに容易に調整しうる湿度インジケータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1は、少なくとも、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、水系樹脂エマルジョンと、水溶性高分子化合物とからなることを特徴とする湿度インジケータ用塗料である。
【0008】
本発明の第2は、担持体と、該担持体に担持された呈色組成物からなる湿度インジケータであって、該呈色組成物が、少なくとも、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、樹脂バインダーからなり、上記本発明の湿度インジケータ用塗料を担持体に付着させ、加熱乾燥してなることを特徴とする湿度インジケータである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、水溶性高分子と水系樹脂エマルジョンとを併用することで、所望の湿度レベルを良好に検知しうる湿度インジケータを提供することができる。本発明においては、特に50〜90%RHの高湿度レベルにおいても所望の検知湿度に容易に調整することができ、本発明の湿度インジケータを内包することで、電子部品などの包装体において、より厳格な湿度管理を行うことができる。また、本発明の湿度インジケータは、検知湿度のレベルを容易に調整できることから、検知湿度が変更になった場合にも、大幅な設計変更をすることなく迅速に対応することができ、多種類の湿度インジケータの製造に好適に用いられる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の湿度インジケータは、担持体と、該担持体に担持された呈色組成物からなり、該呈色組成物は、少なくとも、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、樹脂バインダーからなり、本発明の湿度インジケータ用塗料を担持体に付着させ、加熱乾燥することにより得られる。
【0011】
本発明の湿度インジケータ用塗料は、少なくとも、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、水系樹脂エマルジョンと、水溶性高分子化合物とからなる。即ち、本発明の湿度インジケータの呈色組成物中の樹脂バインダーは、水系樹脂エマルジョン及と水溶性高分子化合物とに由来する。
【0012】
本発明に用いられる担持体としては、紙や樹脂フィルム、布、不織布など水性塗料を付着させて加熱乾燥させることにより、該担持体の表面や内部に該塗料の成分を含む呈色組成物を担持させ得るものであればいかなる素材も用いることができる。樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)などのフィルム、或いはシートが好ましく用いられる。
【0013】
電子供与性呈色化合物は、電子を放出することで変色する物質であり、酸性化合物と接することで電子を放出して変色する化合物であれば特に限定されないが、具体的にはロイコ染料が好ましく用いられ、例えば、酸性で発色或いは色変化を起こすようなpH指示薬、トリアリールメタン誘導体、フルオラン誘導体等が使用される。具体的には、例えば、クリスタルバイオレットラクトン、3−インドリノ−3−p−ジメチルアミノフェニル−6−ジメチルアミノフタリド、3−ジエチルアミノ−7−クロロフルオラン、2−(2−フルオロフェニルアミノ)−6−ジエチルアミノフルオラン、2−(2−フルオロフェニルアミノ)−6−ジ−n−ブチルアミノフルオラン、3−ジエチルアミノ−7−シクロヘキシルアミノフルオラン、3−ジエチルアミノ−5−メチル−7−tert−ブチルフルオラン、3−ジエチルアミノ−6−メチル−7−アニリノフルオラン、3−ジエチルアミノ−6−メチル−7−p−ブチルアニリノフルオラン、3−シクロヘキシルアミノ−6−クロロフルオラン、2−アニリノ−3−メチル−6−(N−エチル−p−トルイジノ)−フルオラン、3−ピロリジノ−6−メチル−7−アニリノフルオラン、3−ピロリジノ−7−シクロヘキシルアミノフルオラン、3−N−メチルシクロヘキシルアミノ−6−メチル−7−アニリノフルオラン、3−N−エチルペンチルアミノ−6−メチル−7−アニリノフルオラン等が挙げられる。
【0014】
酸性化合物としては、常温において固体であれば特に限定されないが、例えば、シュウ酸、マロン酸、クエン酸、サリチル酸、安息香酸、ほう酸、p−トルエンスルホン酸、及びそれらの水和物等を挙げることができる。これらのうちでも、水に対する溶解度が高いという点で、シュウ酸、マロン酸、p−トルエンスルホン酸が好ましい。
【0015】
潮解物質としては、潮解性を示す物質であれば特に限定されないが、好ましくは塩、より好ましくは金属塩である。潮解物質としては、例えば、臭化マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、臭化カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、臭化ナトリウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウムなどを挙げることができる。
【0016】
水系樹脂エマルジョンとしては、担持体に影響を及ぼさない程度の加熱乾燥によって固化し、上記成分(電子供与性呈色化合物、酸性化合物、潮解物質)を担持する樹脂バインダーとなり、潮解物質や酸性化合物と反応せず、また、これら成分の存在によって凝集しない水系樹脂エマルジョンであれば、特に限定されないが、具体的にはアクリル系エマルジョン、水系ポリウレタン、水系ポリエステルが好ましく用いられる。また、その他にも弱アニオンエマルジョンなどを好ましく用いることができる。
【0017】
水溶性高分子化合物は、上記エマルジョンの樹脂成分と共に樹脂バインダーを構成するが、呈色組成物中においては、潮解物質に先立ち、湿気を吸収する働きを有する。即ち、呈色組成物中の水溶性高分子化合物が先ず湿気を吸収し、吸収した湿気が飽和に近づくと、次に潮解物質が湿気を吸収し始め、流動化が始まると考えられる。よって、水溶性高分子化合物の添加量により飽和水分量が変化するため、水溶性高分子化合物の添加量を調整することで、潮解物質の流動化の開始湿度を制御することができ、その結果、電子供与性呈色化合物が変色する湿度(検知湿度)も制御することができると考えられる。
【0018】
本発明において用いられる水溶性高分子化合物としては、ポリビニルアルコール(PVA)や、ポリビニルピロリドン(PVP)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、澱粉、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、カゼイン、アラビアガムなどが好ましく用いられる。
【0019】
本発明において、水溶性高分子化合物の添加量としては、その種類にもよるが、多すぎると塗料の粘性が高くなり、担持体への該塗料の塗工が困難になり、好ましくない。例えば、固形成分が45重量%の水系樹脂エマルジョン100重量部に対して、10重量部以下であれば、種類を問わず塗工することが可能であり、好ましい。また、本発明においては水溶性高分子化合物を添加することで、添加しない場合に比べて添加量に応じて湿度インジケータの検知湿度が高湿度側にシフトするが、固形成分が45重量%の水系樹脂エマルジョン100重量部に対して、1.25重量部以上添加することで種類を問わず係る効果が発現する。
【0020】
本発明の湿度インジケータ用塗料は、少なくとも、電子供与性呈色化合物、潮解物質、酸性化合物、水溶性高分子化合物、水系樹脂エマルジョンからなるが、係る塗料に、有機溶媒を添加する構成とすると、塗料の粘度コントロールが容易となり、印刷適性や塗料の分散性が向上する、乾燥時間の短縮などで好ましい。かかる有機溶媒としては、水に対する溶解度が5ml/100ml以上で加熱によって揮発する極性溶媒が好ましく用いられる。具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロパノール、IPA)、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、tert−ブチルアルコール、メチルエチルケトン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、アセトン、アセトニトリルのうち1種、或いは少なくとも1種を含む混合溶媒が好ましく用いられる。短い乾燥時間、塗料の相溶性、低価格を考慮すると、好ましくは、IPA、メタノール、エタノールである。
【0021】
尚、上記塗料には本発明の効果を損ねない範囲で必要に応じて消泡剤や防腐剤等を加えてもかまわない。
【0022】
本発明においては、上記湿度インジケータ用塗料を上記担持体に付着させ、加熱して乾燥させることにより、該塗料に含まれる電子供与性呈色化合物、潮解物質、酸性化合物、水系樹脂エマルジョン及び水溶性高分子由来の樹脂バインダーからなる呈色組成物が該担持体に担持された湿度インジケータが得られる。上記塗料を担持体に付着させる方法としては、所望量の塗料を担持体に付着させることができれば特に限定されず、例えば担持体を塗料に浸漬する方法、ワイヤーバーやロールコーター等で塗布する方法、スプレー等で吹き付ける方法など、担持体や塗料の組成に応じて適宜選択される。
【0023】
加熱方法としてはオーブンなどを適宜用いることができる。加熱温度及び加熱時間は担持体の素材や塗料の組成にもよるが、好ましくは40〜150℃、より好ましくは50〜130℃で、好ましくは10〜180秒間加熱する。また、塗料の付着と加熱乾燥を複数回繰り返して呈色組成物を所定量担持させることも可能である。乾燥後の湿度インジケータにおいて担持された呈色組成物の量は、例えばフィルムなどの平板の担持体において、好ましくは0.3〜20g/m2である。
【0024】
本発明の湿度インジケータは、紙やフィルムなどの担持体に水性塗料を付着させて得られるため、大面積の担持体に呈色組成物を担持させた後に切断することにより、所望の大きさのインジケータを容易に量産することができる。尚、担持体に予め印刷、顔料の練り込みなどの方法で、呈色組成物の色調と異なる色調に着色しておくと、呈色化合物の色変化が容易に認識でき、便利である。
【0025】
上記のようにして得られた本発明の湿度インジケータは、担持体に担持された呈色組成物に含まれる水溶性高分子化合物が湿気を吸収し、次いで潮解物質が湿気によって潮解し、この水分が電子供与性呈色化合物に作用して、変色(消色を含む)して湿度上昇を示す。一旦変色した呈色組成物はオーブン等で加熱することにより容易に変色前の色に戻すことができる。
【0026】
本発明の湿度インジケータは、担持体に呈色組成物を担持させた状態で用いることができ、そのまま湿度管理が必要な各種用途に用いることができるが、さらに下記速度調整樹脂層を用いることができる。係る速度調整樹脂層は、変色速度が速い場合に、その速度を抑えるための部材であり、湿度インジケータの外側を速度調整樹脂層で覆うことで呈色組成物に接する湿気を制限し、変色速度を遅らせることができる。
【0027】
このような速度調整樹脂層としては、適当な透湿性を有する透明樹脂層を用いれば良く、樹脂素材を溶媒に溶解或いは分散させた樹脂塗料を、呈色組成物を担持した担持体に塗布して加熱乾燥させたり、担持体に樹脂シート或いはフィルムをラミネート等により積層することで形成される。
【0028】
係る樹脂素材としては、樹脂層形成後に適当な透湿性と透明性とを示すものであれば用いることができる。本発明において速度調整樹脂層の透湿性は、厚さ12μmのPETフィルムの上に測定用の樹脂層を形成し、水蒸気透過率測定装置(MOCON社製「PERMATRAN−W 3/33シリーズ」)により測定し、透湿度(g/m2・day)で示す。
【0029】
速度調整樹脂層の透湿度としては、速度調整作用が得られれば特に限定されないが、好ましくは0.5〜50g/m2・dayである。透湿度が0.5g/m2・day未満では透湿性が低すぎるため湿気を検知しても変色速度が遅くなりすぎる。また、50g/m2・dayを超えると透湿性が高すぎて速度抑制の効果が得られにくい。
【0030】
具体的に樹脂素材として、ポリエチレンテレフタレート、ブチラール樹脂、ポリエステルウレタン、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、スチレン化エポキシ樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、塩化酢酸ビニル、アクリル樹脂、ニトロセルロースなどを用いることができる。
【0031】
係る速度調整樹脂層は、呈色組成物を覆って形成すればよいが、担持体が不織布のように通気性を有する場合には、呈色組成物を付着させた側とは反対側にも設けて、該反対側から呈色組成物に吸収される湿気を抑制することが好ましい。
【実施例】
【0032】
(実施例1、比較例1−1、1−2)
電子供与性呈色化合物としてロイコ染料「BLUE−63」(山本化成(株)製)1.5重量部、シュウ酸2水和物(和光純薬工業(株)製)0.5重量部、臭化マグネシウム(和光純薬工業(株)製)5重量部をアクリルエマルジョン「DICNALE−8203WH」(大日本インキ化学工業(株)製;固形成分45重量%)40重量部、IPA20重量部の混合溶液に、PVP「K30」(和光純薬工業(株)製)を0〜9.00重量部添加し、塗料が均一になるように攪拌した。この塗料を、PETフィルム(東洋紡績(株)製、12μm厚み)にワイヤーバー♯10を用いて塗工し、80℃で1分間乾燥させ、湿度インジケータを得た。塗布量は乾燥塗料で3g/m2であった。
【0033】
得られた湿度インジケータを、20〜90%RHの各環境下に24時間放置し、色の変化を観察した。結果を表1に示す。また、臭化マグネシウムを添加しない以外は同様の組成で塗料を調整して湿度インジケータを作製し、同様の環境下において色の変化を観察した。結果を表2に示す。
【0034】
表1に示すように、PVPを添加することによって、より高湿度レベルで湿度を検知することができ、その添加量によって検知湿度を調整しうることがわかった。尚、PVPの添加量が0.25重量部では添加効果が得られず、9.00重量部では、塗料の粘性が高すぎるため塗工が困難であった。また、表2に示すように、臭化マグネシウムを添加しなかった場合には、いずれも湿度インジケータとしての機能を示さなかった。
【0035】
【表1】

【0036】
【表2】

【0037】
(実施例2、比較例2)
臭化マグネシウムを塩化マグネシウム(和光純薬工業(株)製)に替え、PVPの添加量を0〜10.00重量部とする以外は実施例1と同様にして湿度インジケータを作製し、20〜90%RHの各環境下に24時間放置した際の色の変化を観察した。結果を表3に示す。
【0038】
実施例1と同様に、PVPを添加することによって、より高湿度レベルで湿度を検知することができ、その添加量によって検知湿度を調整しうることがわかった。尚、PVPの添加量が0.20重量部では添加効果が得られず、10.00重量部では、塗料の粘性が高すぎるため、塗工が困難であった。
【0039】
【表3】

【0040】
(実施例3、比較例3)
臭化マグネシウムを塩化カルシウム(和光純薬工業(株)製)に替え、PVPの添加量を0〜8.00重量部とする以外は実施例1と同様にして湿度インジケータを作製し、20〜90%RHの各環境下に24時間放置した際の色の変化を観察した。結果を表4に示す。
【0041】
実施例1と同様に、PVPを添加することによって、より高湿度レベルで湿度を検知することができ、その添加量によって検知湿度を調整しうることがわかった。尚、PVPの添加量が0.20重量部では添加効果が得られず、8.00重量部では、塗料の粘性が高すぎるため、塗工が困難であった。
【0042】
【表4】

【0043】
(実施例4、比較例4−1,4−2)
PVPを澱粉(和光純薬工業(株)製)に替え、その添加量を0〜5.00重量部とする以外は実施例1と同様にして湿度インジケータを作製し、20〜90%RHの各環境下に24時間放置した際の色の変化を観察した。結果を表5に示す。また、臭化マグネシウムを添加しない以外は同様の組成で塗料を調整して湿度インジケータを作製し、同様の環境下において色の変化を観察した。結果を表6に示す。
【0044】
実施例1と同様に、澱粉を添加することによって、より高湿度レベルで湿度を検知することができ、その添加量によって検知湿度を調整しうることがわかった。尚、澱粉の添加量が0.10重量部では添加効果が得られず、8.00重量部では、塗料の粘性が高すぎるため、塗工が困難であった。また、表6に示すように、臭化マグネシウムを添加しなかった場合には、いずれも湿度インジケータとしての機能を示さなかった。
【0045】
【表5】

【0046】
【表6】

【0047】
(実施例5、比較例5−1,5−2)
PVPをPVA(和光純薬工業(株)製)に替え、その添加量を0〜6.00重量部とする以外は実施例1と同様にして湿度インジケータを作製し、20〜90%RHの各環境下に24時間放置した際の色の変化を観察した。結果を表7に示す。また、臭化マグネシウムを添加しない以外は同様の組成で塗料を調整して湿度インジケータを作製し、同様の環境下において色の変化を観察した。結果を表8に示す。
【0048】
実施例1と同様に、PVAを添加することによって、より高湿度レベルで湿度を検知することができ、その添加量によって検知湿度を調整しうることがわかった。尚、PVAの添加量が0.10重量部では添加効果が得られず、6.00重量部では、塗料の粘性が高すぎるため、塗工が困難であった。また、表8に示すように、臭化マグネシウムを添加しなかった場合には、いずれも湿度インジケータとしての機能を示さなかった。
【0049】
【表7】

【0050】
【表8】

【0051】
(比較例6)
アクリルエマルジョンを用いず、PVPの添加量を2重量部とし、臭化マグネシウムの添加量を0.5〜5.0重量部とする以外は実施例1と同様にして湿度インジケータを作製し、20〜90%RHの各環境下に24時間放置した際の色の変化を観察した。結果を表9に示す。
【0052】
本例では、水系樹脂エマルジョンを用いていないため、呈色組成物が湿度80〜90%で変色するものの、色相変化が明瞭ではなかった。また、臭化マグネシウムの添加量が4.0重量部の場合、塗料中に溶解しない臭化マグネシウムが存在し、印刷適性が充分でなかった。また、臭化マグネシウムの添加量が5.0重量部の場合には、塗料がゲル化してしまい、塗工できなかった。さらに、いずれの場合においても、湿度が60〜90%RHにおいて呈色組成物表面がべとつき、インジケータとして好ましくなかった。
【0053】
【表9】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、水系樹脂エマルジョンと、水溶性高分子化合物とからなることを特徴とする湿度インジケータ用塗料。
【請求項2】
さらに、有機溶媒を含有する請求項1に記載の湿度インジケータ用塗料。
【請求項3】
担持体と、該担持体に担持された呈色組成物からなる湿度インジケータであって、該呈色組成物が、少なくとも、電子供与性呈色化合物と、常温において固体である酸性化合物と、潮解物質と、樹脂バインダーからなり、請求項1又は2に記載の湿度インジケータ用塗料を担持体に付着させ、加熱乾燥してなることを特徴とする湿度インジケータ。

【公開番号】特開2011−153967(P2011−153967A)
【公開日】平成23年8月11日(2011.8.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−16566(P2010−16566)
【出願日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【出願人】(000162113)共同印刷株式会社 (488)
【Fターム(参考)】