JP2020193237A

JP2020193237A - 蓄熱材組成物

Info

Publication number: JP2020193237A
Application number: JP2019097546A
Authority: JP
Inventors: 良太郎天野; Ryotato Amano
Original assignee: SK Kaken Co Ltd; Mitsubishi Chemical Infratec Co Ltd
Current assignee: SK Kaken Co Ltd; Mitsubishi Chemical Infratec Co Ltd
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-12-03

Abstract

【課題】本発明は、各所定の温度設計が容易で、高い潜熱量を維持し、優れた蓄熱性を有する蓄熱材組成物を提供する。【解決手段】本発明の蓄熱材組成物は、特定の２種の脂肪酸エステルを含むことを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、各所定の温度設計が容易で、高い潜熱量を維持し、優れた蓄熱性を有する蓄熱材組成物に関する。

近年、太陽熱、地熱等の自然エネルギーや、冷暖房器具等からの余熱を有効利用する蓄熱技術が、エネルギー問題を解決する技術の一つとして着目されている。
このような蓄熱技術に用いられる蓄熱材として、特に、物質が固体から液体に相変化する時に熱を蓄え（蓄熱）、液体から固体に相変化する時に熱を放出（放熱）する有機潜熱蓄熱材は、潜熱量が高く、取り扱いやすいため、実用化に向けて研究がなされている。

特開２００５−１３４１０１号公報特開２０１８−７６４８５号公報

有機潜熱蓄熱材としては、例えば、パラフィン系、脂肪酸エステル系、脂肪酸系、脂肪酸トリグリセリド系、脂肪族アルコール系、脂肪族エーテル系などが挙げられるが、特に潜熱量が大きく、取り扱い性に優れるものとして、脂肪酸エステルが挙げられる。このような脂肪酸エステルは、その物質固有の潜熱量、相変化温度が存在する。
ただし、１種類のみでは要望とする温度帯等に設計することが難しい場合があり、このような場合、２種以上の脂肪酸エステルを混合して設計することも可能である。
例えば、特許文献１、２には、２種類の脂肪酸エステルを混合した蓄熱材が記載されている。（実施例参照）

ところが、２種以上の脂肪酸エステルを混合する場合、その混合比率によっては著しく潜熱量が低下する場合があり、優れた蓄熱性能を維持することが困難な場合があった。

本発明は、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、潜熱蓄熱材として特定の２種以上の脂肪酸エステルを混合することにより、各所定の温度設計が容易で、高い潜熱量を維持し優れた蓄熱性を発揮することができる蓄熱材組成物を見出し、本発明の完成に至った。

即ち、本発明は、以下の特徴を有するものである。
１．式（１）で示される脂肪酸エステル（１）と、式（２）で示される脂肪酸エステル（２）を含むことを特徴とする蓄熱材組成物。
（１）Ｒ^１−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^２
（２）Ｒ^１−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^３
（Ｒ^１は炭素数１３以上２１以下のアルキル基、Ｒ^２は炭素数１以上３以下のアルキル基、Ｒ^３は炭素数４のアルキル基）
２．脂肪酸エステル（１）と脂肪酸エステル（２）の混合比率（重量比率）が１：９９から９９：１であることを特徴とする１．に記載の蓄熱材組成物。

本発明の蓄熱材組成物は、各所定の温度設計が容易で、高い潜熱量を維持し、優れた蓄熱性を発揮することができる。

本発明の蓄熱性試験の温度‐時間グラフである。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

本発明の蓄熱材組成物は、式（１）で示される脂肪酸エステル（１）（以下「（１）成分」ともいう。）、と、式（２）で示される脂肪酸エステル（２）（以下「（２）成分」ともいう。）を含むことを特徴とするものである。
（１）Ｒ^１−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^２
（２）Ｒ^１−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^３
（Ｒ^１は炭素数１３以上２１以下のアルキル基、Ｒ^２は炭素数１以上３以下のアルキル基、Ｒ^３は炭素数４のアルキル基）

本発明の（１）成分としては、例えば、ミリスチン酸メチル（相変化温度１８℃）、ミリスチン酸エチル（相変化温度１２℃）、ミリスチン酸プロピル（相変化温度−５℃）、ミリスチン酸イソプロピル（相変化温度８℃）、パルミチン酸メチル（相変化温度２８℃）、パルミチン酸エチル（相変化温度２５℃）、パルミチン酸プロピル（相変化温度２０℃）、パルミチン酸イソプロピル（相変化温度１０℃）、ステアリン酸メチル（相変化温度３８℃）、ステアリン酸エチル（相変化温度３６℃）、ステアリン酸プロピル（相変化温度２９℃）、ステアリン酸イソプロピル（相変化温度２８℃）、アラキジン酸メチル（相変化温度４５℃）、アラキジン酸エチル（相変化温度４２℃）等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上が使用できる。
本発明の（２）成分としては、例えば、ミリスチン酸ブチル（相変化温度７℃）、パルミチン酸ブチル（相変化温度１７℃）、ステアリン酸ブチル（相変化温度２２℃）等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上が使用できる。

２種以上の脂肪酸エステルの混合として、例えば（１）成分中の２種を混合した場合、特に混合比率が５０：５０付近においては、相変化温度のブロード化あるいは２極化がみられ、要望とする温度帯で、潜熱量（蓄熱性）の低下がみられる。
本発明はこのような問題点を解決したもので、（１）成分と（２）成分を混合することにより、その混合比率により要望とする温度設計が可能であり、種々の混合比率において、高い潜熱量（優れた蓄熱性）を維持した蓄熱材の設計が可能である。たとえば、（１）成分としてパルミチン酸メチル（相変化温度２８℃）と、（２）成分としてステアリン酸ブチル（相変化温度２２℃）を用いた場合、その混合比率によって、２０℃付近から２８℃付近の温度で、高い潜熱量（優れた蓄熱性）を維持した蓄熱材の設計が可能である。

本発明における混合比率は、（１）成分：（２）成分が重量比率で、１：９９から９９：１（さらには５：９５から９５：５、さらには１０：９０から９０：１０）であることが好ましい。
式（１）、式（２）において、Ｒ^１は炭素数１３以上２１以下のアルキル基、さらに好ましくは炭素数１５以上１９以下のアルキル基であり、また直鎖状、分岐状、あるいは飽和、不飽和等特に限定されないが本発明では直鎖状の飽和アルキル基が好ましく、式（１）と式（２）のアルキル基は同じでも異なっていてもよい。
式（１）において、Ｒ^２は炭素数１以上３以下のアルキル基、また直鎖状、分岐状特に限定されないが本発明では直鎖状のアルキル基が好ましく、さらには、炭素数１のアルキル基が好ましい。
式（２）において、Ｒ^３は炭素数４のアルキル基であり、直鎖状、分岐状特に限定されないが本発明では直鎖状の炭素数４のアルキル基が好ましい。
式（１）、式（２）のＲ^１の炭素数が短すぎると蓄熱性に劣る。
式（１）のＲ^２の炭素数が長すぎると蓄熱性に劣り、（２）成分と混合した際、さらに潜熱量の低下がみられる。
式（２）のＲ^３の炭素数が１から３である場合は、（１）成分と（２）成分を混合した際、潜熱量の低下がみられる場合がある。Ｒ^３の炭素数が長すぎると、蓄熱性に劣り、また、（１）成分と（２）成分を混合した際、さらに潜熱量の低下がみられる。

本発明では、本発明効果を損なわない程度に、（１）成分、（２）成分以外のその他の蓄熱材を併せて用いることもできる。
その他の蓄熱材としては、例えば、ラウリン酸メチル（相変化温度５℃）、ラウリン酸エチル（相変化温度−１０℃）、ラウリン酸プロピル（相変化温度４℃）、パルミチン酸２−エチルヘキシル（相変化温度０℃）、ステアリン酸２−エチルヘキシル（相変化温度１０℃）、ミリスチン酸ミリスチル（相変化温度３８℃）、ステアリン酸ステアリル（相変化温度６０℃）等の脂肪酸エステル、
ｎ−デカン（相変化温度−３０℃）、ｎ−ウンデカン（相変化温度−２５℃）、ｎ−ドデカン（相変化温度−８℃）、ｎ−トリデカン（相変化温度−５℃）、ペンタデカン（相変化温度６℃）、ｎ−テトラデカン（相変化温度８℃）、ｎ−ヘキサデカン（相変化温度１７℃）、ｎ−ヘプタデカン（相変化温度２２℃）、ｎ−オクタデカン（相変化温度２８℃）、ｎ−ノナデカン（相変化温度３２℃）、エイコサン（相変化温度３６℃）、ドコサン（相変化温度４４℃）等およびこれらの混合物で構成されるｎ−パラフィンやパラフィンワックス、
オクタン酸（相変化温度１７℃）、デカン酸（相変化温度３２℃）、ドデカン酸（相変化温度４４℃）、テトラデカン酸（相変化温度５０℃）、ヘキサデカン酸（相変化温度６３℃）、オクタデカン酸（相変化温度７０℃）等の脂肪酸、
カプリルアルコール（相変化温度７℃）、ラウリルアルコール（相変化温度２４℃）、ミリスチルアルコール（相変化温度３８℃）、ステアリルアルコール（相変化温度５８℃）等の脂肪族アルコール、
等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を用いることができる。

本発明の蓄熱材組成物は、主として、住宅等の建築物の壁材、天井材、床材、仕切り材等の内・外装材の材料として好適に使用することができる。
さらに、本発明の蓄熱材組成物は、例えば、床暖房システム、冷暖房システム、車輌等の内装材、機械・機器等の工業製品、熱電変換システム、熱搬送媒体、冷蔵・冷凍庫、自動販売機、浴槽・浴室、温室、土壌、クーラーボックス、保温シート、結露防止シート、冷却シート、電気製品、ＯＡ機器、プラント、タンク、衣類、カーテン、じゅうたん、寝具、日用雑貨等に用いる材料としても適用できる。

本発明の蓄熱材組成物の使用方法としては、例えば、パッケージング、カプセル化等封入して用いる方法、樹脂等と混合して蓄熱形成体として用いる方法、繊維、多孔質基材等に浸透させて用いる方法、あるいはこれらを複合して用いる方法等が挙げられる。
パッケージングする方法では、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニリデン、エチレン・酢酸ビニル共重合体等の有機材料等から選ばれる１種または２種以上、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、クロム、亜鉛、マグネシウム、チタン、ニッケル、ビスマス、スズ、コバルト等から選ばれる１種以上の金属、または、これら金属の酸化物、塩化物、硫化物、炭酸塩、珪酸塩、燐酸塩、硝酸塩、硫酸塩等およびこれらの複合物から選ばれる１種以上等を主成分とするフィルム、ボード、ボックス等でパッケージングすることができる。
カプセル化する方法では、例えば、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル・酢酸ビニル樹脂、アクリル・ウレタン樹脂、アクリル・シリコン樹脂、シリコン変性アクリル樹脂、ウレタンウレア樹脂、エチレン・酢酸ビニル・バーサチック酸ビニルエステル樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等の合成樹脂をカプセル壁とするカプセルに蓄熱材組成物を注入する方法、合成樹脂の前駆体であるモノマーと蓄熱材組成物を混合し、重合させて蓄熱カプセルを得る方法等が挙げられる。
樹脂等と混合して蓄熱形成体として用いる方法では、例えば、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル・酢酸ビニル樹脂、アクリル・ウレタン樹脂、アクリル・シリコン樹脂、シリコン変性アクリル樹脂、ウレタンウレア樹脂、エチレン・酢酸ビニル・バーサチック酸ビニルエステル樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等の合成樹脂およびその前駆体から選ばれる１種以上と蓄熱材組成物を混合し、硬化させて蓄熱形成体を得る方法等が挙げられる。
繊維、多孔質基材等に浸透させて用いる方法では、例えば、木綿、麻、羊毛、シルク等の天然繊維、ナイロン、テトロン、アクリル、ポリエステル、ポリウレタン、ビニロン、レーヨン、アラミド、アゾール等の有機繊維、ガラス等の無機繊維等の織布・不織布、紙、段ボール紙等の紙基材、ＭＤＦ、インシュレーションボード、パーティクルボード等の繊維質基材、スレート板、石膏ボード、ＡＬＣ板、珪酸カルシウム板、木毛セメント板、合板等の多孔質基材、竹炭、木炭等の木質基材、発泡ウレタンボード、発泡スチレンボード等の発泡樹脂基材等の基材に、蓄熱材組成物を浸透させて用いることができる。

本発明の蓄熱組成物は、各種添加剤を添加して用いることもできる。
添加剤としては、例えば、層状粘土鉱物、界面活性剤、熱伝導物質、相溶化剤、反応促進剤、難燃剤、顔料、骨材、粘性調整剤、可塑剤、緩衝剤、分散剤、架橋剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、防黴剤、抗菌剤、防藻剤、湿潤剤、消泡剤、レベリング剤、滑剤、脱水剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤、繊維類、香料、化学物質吸着剤、光触媒、吸放湿性粉粒体等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を用いることができる。

以下に実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

表１に示す原料、配合量にて、脂肪酸エステルを５０℃で混合し、蓄熱材組成物を得た。
得られた蓄熱材組成物１００ｇを、ポリプロピレン製カップ（２５０ｍｌ）に投入し恒温器内にて５０℃で３時間静置した。
（蓄熱性試験）
蓄熱性試験では、上記方法で得られた５０℃の蓄熱材組成物の中心に、温度が測定できるように熱電対を設置し、これを５℃環境下の恒温器内で静置させた時の蓄熱材組成物の温度を測定した。評価は次のように行った。評価結果は表１に示す。
◎：９０分以上維持できる温度帯があった。
○：６０分以上維持できる温度帯があった。
△：維持できる温度帯が６０分未満であった。
×：維持できる温度帯が４５分未満、あるいは、試験開始６０分以内に１５℃以下となってしまった。
なお、本試験の維持できる温度帯とは、プラスマイナス０．５℃以内の温度を維持する温度領域のことである。

参考例２、参考例４、実施例３、比較例１、比較例４、比較例５については、蓄熱性試験による温度変化を図１に示す。
参考例２、４では、それぞれ相変化温度付近で、９０分以上温度維持できる結果となった。
実施例３では、２０．１℃の温度帯で、９０分以上持続できる結果となった。
これに対し、比較例１、比較例４、比較例５では、特定温度帯での温度維持に劣る結果となった。

Claims

式（１）で示される脂肪酸エステル（１）と、式（２）で示される脂肪酸エステル（２）を含むことを特徴とする蓄熱材組成物。
（１）Ｒ^１−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^２
（２）Ｒ^１−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^３
（Ｒ^１は炭素数１３以上２１以下のアルキル基、Ｒ^２は炭素数１以上３以下のアルキル基、Ｒ^３は炭素数４のアルキル基）
脂肪酸エステル（１）と脂肪酸エステル（２）の混合比率（重量比率）が１：９９から９９：１であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱材組成物。