カイロはどうしてあたたかくなるの？

仕組みの科学

使いすてカイロが温かくなるのは、鉄が空気中の酸素と反応して酸化鉄になる化学反応の熱を利用しているからだ。東京都の商品テスト資料は、各成分の役割をこう説明する。鉄粉はさびることにより発熱する。水と塩類は鉄粉のさびる速度を速める。活性炭は空気中の酸素を吸着して酸素の濃度を高める。保水剤は水で鉄粉がベタベタするのを防ぐために水を含ませておくもので、観葉植物の保水土として利用されるバーミキュライトが使われることが多い。構造も熱の出方を左右する。外袋は不要な発熱を防ぐために外気を遮断する袋で、最高温度や平均温度、持続時間、使用上の注意が表示されている。内袋は発熱体を包む袋で、空気を取り込む小さな穴があいている。発熱温度や発熱時間は通気量と中身のブレンド具合でコントロールされ、鉄粉や活性炭、保水剤の粒の細かさや種類も工夫されている。山梨大学の佐藤博の解説によれば、鉄釘を濡れたまま放置すると表面が赤くなるが、この赤いものが赤さびで、鉄が水と空気中の酸素と反応してできた水和酸化鉄である。日常の生活でも鉄がさびるときには熱を出しているが、ゆっくりと反応が進むので発熱を感じない。この化学反応の発熱を制御したものが使いすてカイロの原理なのだ。つまりカイロは、ふだんは気づかないほど遅いさびの反応を、速く、ちょうどよい温度で進める道具だといえる。

歴史と発見

カイロの仕組みは、教育や消費者安全の分野で調べられてきた。山梨大学の佐藤博は2016年、山梨県内の中学1年生40人、中学3年生39人、大学の理系学生70人を対象に、鉄の酸化と使いすてカイロの仕組みをどう理解しているか質問紙で調査した。鉄が加熱で結びつく相手を「酸素」と答えた割合は中1で95％、中3と大学生で100％だった一方、カイロの主成分を「鉄粉」と答えたのは中1で2.5％、中3で26％、大学生で17％にとどまり、酸化の速度を速める「塩類」と答えたのは中1で0％、中3で15％、大学生で3％だった。鉄の燃焼やさびを学んだ中3や大学生でも、鉄粉・塩類・水・酸素の関係はよく分からない人が多かったという。佐藤は、カイロの仕組みを中学校技術科で扱い、各成分の働きを教えることが有用だと結論づけている。一方、東京都は靴用・靴下用カイロの商品テストで、各銘柄の表示を調べた。表示された最高温度は39〜45℃、平均温度は34〜38℃、持続時間は5〜6時間で、いずれも肌に直接あてないことや就寝時に使わないことが注意書きに記されていた。製品の温度特性は、10個の試料を使って最高温度や立ち上がり時間、持続時間を測るJISの方法で算出される。

もう一歩先

温かいカイロにも注意点がある。それが低温やけどだ。東京都の資料によれば、低温やけどは体温より高い温度の物が長時間触れていた場合におきるやけどで、皮膚の表面上はそれほどでなくても、皮膚の深部にまで損傷がおよぶことがある。人がなる温度と時間には諸説あり、42℃で6時間から60℃で1分間という報告や、44℃で6時間から70℃で1秒間という報告が紹介されている。いずれも温度が高くなるほど短い時間で低温やけどに至る。製品評価技術基盤機構（NITE）も、比較的低い温度でも長時間同じ場所に触れていると起こるとして、一般的には44℃で3〜4時間、46℃で30分〜1時間、50℃で2〜3分で発症するといわれていると注意喚起している。NITEに通知された低温やけどの事故は平成8年4月から21年10月までに77件あり、ゆたんぽや電気あんかとともに、使いすて式のカイロでも8件が報告された。事故は11月から3月に多く、1月が最も多い。NITEが挙げる防止策は、カイロを直接肌にあてず布で巻くなどして伝わる熱を減らすこと、同じ部位に長時間あてないこと、就寝時には使わないこと、違和感や熱いと感じたら直ちに使用を中止することなどだ。化学反応の速さを制御する道具だからこそ、使い方で温度が変わる。仕組みを知ることは、安全に使うことにもつながる。