JP6054814B2 - パラフィン系潜熱蓄熱材組成物およびパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用 - Google Patents
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Description
特許文献6には、特定の界面活性剤の添加により、n−エイコサン等のn−パラフィンと水のエマルジョンとした潜熱蓄熱材組成物が開示されている。しかしながら、特許文献6では、n−エイコサン単独、またはn−エイコサンとn−ペンタデカン混合系でエマルジョンの乳化安定性が良好であることが開示されるものの、n−エイコサンと他のパラフィン成分とを特定の配合比で混合することにより融解潜熱量を高く保持しながら、融点を低くできることについては何ら記載されていない。
なお、パラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱量としては、一般的には、200J/g以上が好ましいとされ、融解潜熱量が200J/g未満であると、有効な潜熱量(蓄熱量)が小さく、冷暖房用途や建築物への保温・保冷用途、室内と室外間の温度遮蔽機能材、日用品および衣料品等の夏場の冷涼感や冬季の保温機能の機能材、冷蔵保管容器、冷熱搬送媒体、凍結防止剤などとして用いた場合に十分な効果を発揮することができなくなる場合がある。
0.5≦[n−ノナデカン含有量]/[n−オクタデカン含有量]≦10 (1)
本発明にかかるパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、主成分であるn−エイコサン(C20)に加えて、n−エイコサンに炭素数が近接した、炭素数が偶数のn−オクタデカン(C18)、および/または、炭素数が奇数のn−ノナデカン(C19)を含有してなる。また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の化合物、例えば、n−パラフィンを製造する際に混入するアルコールや、n−パラフィン以外の炭化水素、炭素数がC18〜20以外のn−パラフィンを含有することがある。
具体的には、本発明にかかるパラフィン系潜熱蓄熱材組成物は、n−エイコサンと、n−オクタデカンとを混合してなるもの、n−エイコサンと、n−ノナデカンとを混合してなるもの、または、n−エイコサンと、n−オクタデカンと、n−ノナデカンとを混合してなるものである。
例えば、市販される、これらのn−エイコサンは、若干量の近接炭素数のパラフィン、オレフィン、アルコールを不純物として含有するが、本発明に係る組成物においては、その不純物中のn−ノナデカン、n−オクタデカンは本発明にかかる有効成分として機能し、その他の成分は、本発明の効果を大きく損なうことはない。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるn−エイコサンの含有量としては、パラフィン系潜熱蓄熱材組成物100質量%中、83質量%以上である。n−エイコサンの含有量が83質量%未満であると、230J/g以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。好ましくは、89質量%以上である。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるn−オクタデカンの含有量としては、パラフィン系潜熱蓄熱材組成物100質量%中、13質量%以下である。n−オクタデカンの含有量が13質量%を超えると、230J/g以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材が、n−エイコサンと、n−オクタデカンとを混合してなる場合、n−オクタデカンの含有量は、3質量%以上である。n−オクタデカンを3質量%以上含有することにより、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材の融点を降下し、かつ凝固点を上昇させることができる。n−オクタデカンの含有量は、4質量%以上であることが好ましく、5質量%以上とすることがさらに好ましい。
本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物におけるn−ノナデカンの含有量としては、パラフィン系潜熱蓄熱材組成物100質量%中、17質量%以下である。n−ノナデカンの含有量が17質量%を超えると、230J/g以上の融解潜熱量を得ることができず、高融解潜熱量の利用が困難となる。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材が、n−エイコサンと、n−ノナデカンとを混合してなる場合、n−ノナデカンの含有量は、2質量%以上である。n−ノナデカンを2質量%以上含有することにより、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材の融点を降下し、かつ凝固点を上昇させることができる。n−ノナデカンの含有量は、3質量%以上であることが好ましく、5質量%以上とすることがさらに好ましい。
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物において、n−オクタデカンとn−ノナデカンを含む場合、n−ノナデカンと、n−オクタデカンの含有量(質量%)が、下式(1)の関係にあると、優れた融解潜熱量を保持し、融点および凝固点のバランスに優れた組成物が得られるので、好ましい。その理由は明らかではないが、本発明者らは、炭素数が偶数と偶数との関係にあるn−オクタデカンとn−エイコサンとの相互作用と、炭素数が奇数と偶数との関係にあるn−ノナデカンとn−エイコサンとの相互作用と、のバランスが関係していると考えている。
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物中は、上記のn−パラフィンに加えて、本発明の目的を損なわない範囲において、(i)炭素数18〜20以外の炭素数のn−パラフィン;(ii)イソパラフィン、オレフィン、ナフテン、芳香族化合物;(iii)n−パラフィンを製造する際に混入するアルコールなどの成分を含有しても良い。
また、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を用いて加工製品を製造する際に添加(外添)できるものとしては、(i)樹脂モノマー、重合剤、界面活性剤等のマイクロカプセル等の応用製品を製造する際に用いる物質;(ii)酸化防止剤、紫外線吸収剤等の通常用いられる添加剤;(iii)比重調整剤、顔料や染料等の着色剤、芳香剤、ゲル化剤等の添加剤;などが挙げられる。
本発明に係るn−パラフィン組成物は、n−エイコサン(C20)を最大鎖長とするn−パラフィン系組成物であり、他に存在するn−パラフィンは、実質的に、n−オクタデカン(C18)、および/または、n−ノナデカン(C19)であることが好ましい。本発明者らの検討によれば、長鎖パラフィン、例えば、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物とC21以上の長鎖パラフィンとが混合された場合、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物と長鎖パラフィンとの融解等の相転移における相互作用は、本発明のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱を大きく減少させる。そして、C21以上の長鎖パラフィンには、直鎖状ポリエチレンの重合部分中の結晶部分などの長鎖パラフィン構造を持つ物を含む。本発明に係るパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用にあたっては、C21以上の長鎖パラフィンとの相互作用を可能な限り避けることが好ましい。
<融解潜熱量(融解熱)>
本発明における融解潜熱量(融解熱)とは、固相から液相へ相転移する際に伴う潜熱量であり、本発明においてはDSCサーモグラムに現れる融解(吸熱)ピークの熱量を指し、DSCサーモグラムが複数のピークを示す場合には、28℃以上の融点を有し、最も大きな熱量を有するピーク(主ピーク)の熱量を意味する。本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱量は、例えば、示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ社製DSC7020)を用いて、−30℃まで冷却したパラフィン系蓄熱材組成物を、昇温速度10℃/分にて測定した際の、DSCサーモグラム上の融解ピークから求めることができる。
本発明における融点とは、示差走査熱量計(例えば、セイコーインスツルメンツ社製DSC7020)を用いて、−30℃まで冷却したパラフィン系蓄熱材組成物を、昇温速度10℃/分で加熱したときに得られたDSCサーモグラムの融解(吸熱)ピークの最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度をいう。パラフィン系潜熱蓄熱材組成物(ノルマルパラフィン組成物)の融点は、多成分を含む組成物である場合にも通常1点で表すことができるが、2つ以上のピークが現れる場合は、28℃より高温側に現れ、かつ最も大きな熱量を有するピーク(主ピーク)の最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度を言う。
本発明における凝固点とは、示差走査熱量計(例えば、セイコーインスツルメンツ社製DSC7020)を用いて、70℃まで加熱したパラフィン系蓄熱材組成物を、降温速度10℃/分で冷却したときに得られたDSCサーモグラムの凝固(発熱)ピークの最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度をいう。パラフィン系潜熱蓄熱材組成物(ノルマルパラフィン組成物)の凝固点は、多成分を含む組成物である場合にも通常1点で表すことができるが、2つ以上のピークが現れる場合は、28℃より高温側に現れ、かつ最も大きな熱量を有するピーク(主ピーク)の最大傾斜の接線がベースラインと交わる点の温度を言う。
本発明における凝固熱とは、液相から固相へ相転移する際に伴う潜熱量であり、DSCサーモグラムに現れる凝固(発熱)ピークの熱量を指し、DSCサーモグラムが複数のピークを示す場合には、28℃以上の凝固点を有し、最も大きな熱量を有するピーク(主ピーク)の熱量を意味する。
本発明に係るパラフィン系潜熱蓄熱材組成物の凝固熱は、例えば、示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ社製DSC7020)を用いて、70℃まで加熱したパラフィン系蓄熱材組成物を、降温速度10℃/分にて測定した際の、DSCサーモグラム上の凝固ピークから求めた。
融点と凝固点との差とは、融点及び凝固点のいずれか高い方の温度から低い方の温度を差し引いた値(「融点及び凝固点のいずれか高い方の温度」−「融点及び凝固点のいずれか低い方の温度」)を示す。
融点と凝固点との差としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5℃以下が好ましく、4℃以下がより好ましく、3℃以下が特に好ましい。
融点と凝固点との差が5℃より大きいと、作動温度範囲が広くなりすぎて使用目的とする温度域での効率の良い潜熱の吸収および放出が困難となることがある。一方、融点と凝固点との差が、4℃以下又は3℃以下であると、狭い温度範囲で大量の潜熱の吸収・放出を繰り返し利用できる点で有利である。
n−エイコサン(SIGMA-ALDRICH製試薬99%グレード)、n−オクタデカン(東京化成工業製試薬GR級)及びn−ノナデカン(東京化成工業製試薬GR級)を、所定量配合して、実施例1〜5および比較例1〜6のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物を調製した。試薬の純度は99%程度であるので、各組成をカスクロマトフィー分析し、ピーク面積から組成物組成を確認した。各組成物について融点、融解潜熱量、凝固点、凝固熱を測定した。結果を表1、図2に示す。
Claims (5)
- n−エイコサンと、n−オクタデカン、および/または、n−ノナデカンを含むパラフィン系潜熱蓄熱材組成物であり、
1)n−エイコサンを83質量%以上、n−オクタデカンを13質量%以下、n−ノナデカンを17質量%以下の割合で含有し、n−オクタデカンを含む場合にはn-オクタデカンを3質量%以上、n−ノナデカンを含む場合にはn−ノナデカンを2質量%以上含有すること、
2)融点が、n−エイコサンの融点より低いこと、
3)融解潜熱量が、n−エイコサンの融解潜熱量より大きいこと、
を特徴とするパラフィン系潜熱蓄熱材組成物。 - n−ノナデカンおよびn−オクタデカンを含む場合、
n−ノナデカンと、n−オクタデカンの含有量(質量%)が、下式(1)の関係にあることを特徴とする請求項1に記載のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物。
0.5≦[n−ノナタデカン含有量]/[n−オクタデカン含有量]≦10 (1) - 凝固点が、30℃以上あること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物。 - 融点と凝固点との差が3℃未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のパラフィン系潜熱蓄熱材組成物。
- n−エイコサンと、n−オクタデカン、および/または、n−ノナデカンを混合してなるパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用であり、
前記パラフィン系組成物は、
1)n−エイコサンを83質量%以上、n−オクタデカンを13質量%以下、n−ノナデカンを17質量%以下の割合で含有し、n−オクタデカンを含む場合にはn-オクタデカンを3質量%以上、n−ノナデカンを含む場合にはn−ノナデカンを2質量%以上含有すること、
2)融点が、n−エイコサンの融点より低いこと、
3)融解潜熱量が、n−エイコサンの融解潜熱量より大きいこと、
を特徴とするパラフィン系組成物の潜熱蓄熱材としての使用。
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