DE102019114858A1 - Wärmemanagement-Phasenänderungszusammensetzung, Verfahren der Herstellung davon und Artikel, welche die Zusammensetzung enthalten - Google Patents

Wärmemanagement-Phasenänderungszusammensetzung, Verfahren der Herstellung davon und Artikel, welche die Zusammensetzung enthalten Download PDF

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Abstract

Eine Phasenänderungszusammensetzung umfasst eine homogene Mischung einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung; und eines Phasenänderungsmaterials; wobei die Phasenänderungszusammensetzung eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei einer Temperatur von mehr als oder gleich 120°C aufweist und ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf Phasenänderungsmaterialien (PCMs), Verfahren der Herstellung davon und Artikel, die die PCMs enthalten.
  • Wärmemanagement ist wünschenswert in einer breiten Reihe von Geräten, einschließlich Batterien, Geräten, die Leuchtdioden (LEDs) enthalten, und Geräten, die Schaltkreise enthalten. Zum Beispiel sind Schaltkreisdesigns für elektronische Geräte, wie Fernsehgeräte, Radios, Computer, medizinische Instrumente, Business-Maschinen und Kommunikationsausrüstung zunehmend kleiner und dünner geworden. Die zunehmende Leistung solcher elektronischer Komponenten resultierte in einer zunehmenden Wärmeerzeugung. Außerdem werden kleinere elektronische Komponenten dicht in immer kleinere Räume gepackt, was in einer intensiveren Wärmeerzeugung resultiert.
  • Zur gleichen Zeit können elektronische Geräte sehr empfindlich für Überhitzung sein, was sowohl die Lebensdauer als auch die Verlässlichkeit der Teile negativ beeinflusst. Temperatursensible Elemente in elektronischen Geräten müssen unter Umständen innerhalb einer vorgeschriebenen Betriebstemperatur gehalten werden, um einen signifikanten Leistungsabfall oder sogar Systemversagen zu vermeiden. Folglich erfahren Hersteller weiterhin die Herausforderung, Wärme, die in elektronischen Geräten erzeugt wird, abzuleiten, d. h. Wärmemanagement. Außerdem kann das interne Design elektronischer Geräte irregulär geformte Höhlungen einschließen, die eine signifikante Herausforderung für bekannte Wärmemanagementansätze darstellen.
  • Demzufolge verbleibt ein Bedarf an neuen Ansätzen für Wärmemanagement in verschiedenen Geräten und insbesondere elektronischen Geräten. Es wäre ein zusätzlicher Vorteil, wenn die Lösungen wirksam für kleine oder dünne Geräte oder Geräte mit irregulär geformten Höhlungen wären.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Phasenänderungszusammensetzung umfasst: eine homogene Mischung von einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung; und einem Phasenänderungsmaterial; wobei die Phasenänderungszusammensetzung eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei einer Temperatur von mehr als oder gleich 120°C aufweist und ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C ist.
  • Ein Verfahren der Herstellung der Phasenänderungszusammensetzung umfasst das Vereinigen einer Zusammensetzung, die eine thermoplastische Polymerzusammensetzung und gegebenenfalls ein Lösungsmittel umfasst, und von geschmolzenem Phasenänderungsmaterial, um eine Mischung zu bilden; das Kühlen der Mischung, um eine Phasenänderungszusammensetzung bereitzustellen, die ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C oder weniger als oder gleich 30°C ist; und gegebenenfalls Entfernen des Lösungsmittels.
  • Ebenfalls sind Artikel offenbart, die die Phasenänderungszusammensetzung beinhalten.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels, welcher die Phasenänderungszusammensetzung umfasst, umfasst Erhitzen der Phasenänderungszusammensetzung bei einer Temperatur, die wirksam ist, eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bereitzustellen; Einführen der erhitzten Phasenänderungszusammensetzung in einen Hohlraum eines Artikels; und Kühlen der eingeführten Phasenänderungszusammensetzung, um eine gelierte Phasenänderungszusammensetzung innerhalb des Hohlraums zu bilden.
  • Die oben beschriebenen und andere Merkmale werden beispielhaft durch die folgende Figur und die detaillierte Beschreibung dargelegt.
  • Figurenliste
  • Das Folgende ist eine kurze Beschreibung der Zeichnung, welche zu Zwecken der Veranschaulich der beispielhaften Ausführungsformen, die hierin offenbart werden, und nicht zum Zwecke der Beschränkung derselben, vorgestellt wird.
    • Die FIGUR ist eine Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC, auch DDK) -Spur, normalisierter Wärmefluss (W/g) als eine Funktion der Temperatur (°C), die die Schmelzwärme (204,8 J/g) zeigt, die für die Phasenänderungszusammensetzung des Beispiels bestimmt wurde.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die Erfinder hiervon haben Phasenänderungszusammensetzungen mit einer hohen Schmelzwärme bei der Phasenübergangstemperatur und die bei niedrigen Temperaturen (weniger als oder gleich 100°C) in Gelform vorliegen, entwickelt. Die Phasenänderungszusammensetzungen haben ferner vorteilhafter weise eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise bei einer Temperatur von größer oder gleich 120 °C. Die Phasenänderungszusammensetzungen können daher leicht in einen gewünschten Ort jeder Form durch einfache Einspritzung eingebracht werden. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass diese vorteilhaften Eigenschaften aus der Verwendung einer homogenen Mischung einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung, die in einem Phasenänderungsmaterial aufgelöst sind, entstehen.
  • Diese Phasenänderungszusammensetzungen sind insbesondere geeignet zur Bereitstellung exzellenten thermischen Schutzes einer breiten Vielzahl an Gerätschaften und insbesondere elektronischer Geräte. Das interne Design elektronischer Geräte kann unregelmäßig geformte Höhlungen beinhalten, die schwer vollständig mit festen Phasenänderungsmaterialien auszufüllen sind, um die Wärmeabsorptionskapazität zu maximieren. Die Phasenänderungszusammensetzungen, die hierin offenbart werden, haben den Vorteil, dass bei einer höheren Temperatur, oberhalb der Betriebstemperatur des elektronischen Gerätes, die Phasenänderungszusammensetzungen fließen und leicht in unregelmäßig geformte Höhlungen in solchen Geräten eingespritzt werden können, um die Wärmeabsorptionskapazität zu maximieren. Nach dem Abkühlen liegen die Phasenänderungszusammensetzungen in Gelform vor und lecken daher nicht aus dem Gerät bei der Betriebstemperatur des Gerätes (z. B. weniger als 100°C oder weniger als 50°C).
  • Wie oben zuvor dargelegt, schließt die Phasenänderungszusammensetzung eine homogene Mischung einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung ein, die in einem Phasenänderungsmaterial aufgelöst ist. Gegebenenfalls umfasst die Phasenänderungszusammensetzung ferner eine Additivzusammensetzung. Das Phasenänderungsmaterial und die thermoplastische Polymerzusammensetzung werden so ausgewählt, dass sie eine gute Kompatibilität aufweisen, was einer großen Menge an Phasenänderungsmaterial ermöglicht, in einer mischbaren Mischung mit der thermoplastischen Polymerzusammensetzung vorzuliegen. Die Phasenänderungszusammensetzung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass sie eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei einer Temperatur von mehr als oder gleich 120°C aufweist und bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C oder weniger als oder gleich 30°C ein Gel ist, so dass die Phasenänderungszusammensetzung kein bemerkenswertes Fließen bei diesen Temperaturen zeigt.
  • Ein Phasenänderungsmaterial (PCM) ist eine Substanz mit hoher Schmelzwärme und die in der Lage ist, hohe Mengen an latenter Wärme während eines Phasenüberganges, wie Schmelzen beziehungsweise Verfestigung, zu absorbieren und freizusetzen. Während der Phasenänderung verbleibt die Temperatur des Phasenänderungsmaterials nahezu konstant. Das Phasenänderungsmaterial hemmt oder stoppt den Fluss thermischer Energie durch das Material während der Zeit, in der das Phasenänderungsmaterial Wärme absorbiert oder freisetzt, typischerweise während der Änderung der Phase des Materials. In einigen Fällen kann ein Phasenänderungsmaterial den Wärmetransfer während eines Zeitraumes, wo das Phasenänderungsmaterial Wärme absorbiert oder freisetzt, hemmen, typischerweise wenn das Phasenänderungsmaterial einen Übergang zwischen zwei Zuständen erfährt. Diese Wirkung ist typischerweise vorübergehend und wird auftreten, bis eine latente Wärme des Phasenänderungsmaterials während eines Erwärmungs- oder Abkühlungsprozesses absorbiert oder freigesetzt ist. Wärme kann von einem Phasenänderungsmaterial gespeichert oder von diesem entfernt werden, und das Phasenänderungsmaterial kann typischerweise durch eine Wärme- oder Kältequelle wirksam erneut aufgeladen werden.
  • Phasenänderungsmaterialien haben daher eine charakteristische Übergangstemperatur. Der Begriff „Übergangstemperatur (auch Sprungtemperatur)“ oder „Phasenänderungstemperatur“ bezieht sich auf eine ungefähre Temperatur, bei welcher ein Material einen Übergang zwischen zwei Zuständen erfährt. In einigen Ausführungsformen, z. B. für ein kommerzielles Paraffinwachs gemischter Zusammensetzung, kann die Übergangs-„Temperatur“ ein Temperaturbereich sein, über welchem der Phasenübergang auftritt.
  • Im Prinzip ist es möglich, Phasenänderungsmaterialien zu verwenden, die eine Phasenänderungstemperatur von -100 bis 150 °C in den Phasenänderungszusammensetzungen aufweisen. Zur Verwendung in LED- und elektronischen Komponenten kann insbesondere das Phasenänderungsmaterial, welches in die Phasenänderungszusammensetzungen eingebaut ist, eine Phasenänderungstemperatur von 0 bis 115°C, 10 bis 105°C, 20 bis 100°C oder 30 bis 95°C aufweisen. In einer Ausführungsform weist das Phasenänderungsmaterial eine Schmelztemperatur von 25 bis 105°C oder 28 bis 60°C oder 45 bis 85°C oder 60 bis 80°C oder 80 bis 100°C auf.
  • Die Auswahl eines Phasenänderungsmaterials hängt typischerweise von der Übergangstemperatur ab, die für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist, die das Phasenänderungsmaterial beinhalten soll. Zum Beispiel können ein Phasenänderungsmaterial mit einer Übergangstemperatur nahe normaler Körpertemperatur oder um 37 °C für elektronische Anwendungen wünschenswert sein, um eine Verletzung des Nutzers zu verhindern und Komponenten vor Überhitzung zu schützen. Das Phasenänderungsmaterial kann eine Übergangstemperatur im Bereich von -5 bis 150°C oder 0 bis 90°C oder 30 bis 70°C oder 35 bis 50°C aufweisen.
  • In anderen Anwendungen, zum Beispiel eine Batterie für ein elektrisches Fahrzeug, kann eine Phasenänderungstemperatur von 65 °C oder höher wünschenswert sein. Ein Phasenänderungsmaterial für solche Anwendungen kann eine Übergangstemperatur im Bereich von 45 bis 85°C oder 60 bis 80°C oder 80 bis 100°C aufweisen.
  • Die Übergangstemperatur kann durch Modifikation der Reinheit des Phasenänderungsmaterials, der Molekularstruktur, der Mischung von Phasenänderungsmaterialien oder einer beliebigen Kombination dieser erweitert oder geschmälert werden. Durch Auswahl zweier oder mehrerer unterschiedlicher Phasenänderungsmaterialien und Bilden einer Mischung kann der Temperaturstabilisierende Bereich des Phasenänderungsmaterials für eine beliebige gewünschte Anwendung eingestellt werden. Ein Temperatur-stabilisierender Bereich kann eine spezifische Übergangstemperatur oder einen Bereich von Übergangstemperaturen einschließen. Die resultierende Mischung kann zwei oder mehr unterschiedliche Übergangstemperaturen oder eine einzelne, modifizierte Übergangstemperatur zeigen, wenn sie in die Phasenänderungszusammensetzungen, die hierin beschrieben sind, eingebracht wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann es von Vorteil sein, mehrere oder breite Übergangstemperaturen aufzuweisen. Wenn eine einzelne, enge Übergangstemperatur verwendet wird, kann dies Wärme-/Energiestau verursachen, bevor die Übergangstemperatur erreicht wird. Sobald die Übergangstemperatur erreicht wird, wird sodann Energie absorbiert, bis die latente Energie verbraucht ist, und die Temperatur wird dann fortfahren, anzusteigen. Breite oder mehrere Übergangstemperaturen erlauben eine Temperaturregulation und thermische Absorption, sobald die Temperatur beginnt, anzusteigen, wodurch der Wärme-/Energiestau abgemildert wird. Mehrere oder breite Übergangstemperaturen können ebenfalls wirksamer helfen, Wärme weg von einer Komponente zu leiten, und zwar durch überlappende oder gestaffelte thermische Absorptionen. Zum Beispiel wird für eine Zusammensetzung, die ein erstes Phasenänderungsmaterial (PCM1), welches bei 35 bis 40 °C absorbiert, und ein zweites Phasenänderungsmaterial (PCM2), welches bei 38 bis 45 °C absorbiert, enthält, PCM1 zu absorbieren beginnen und die Temperatur steuern, bis eine Mehrheit der latenten Wärme aufgebraucht ist, zu welchem Zeitpunkt PCM2 beginnen wird, von PCM1 zu absorbieren und Energie zu leiten, wodurch PCM1 aufgefrischt wird und diesem ermöglicht wird, weiter zu funktionieren.
  • Die Auswahl des Phasenänderungsmaterials kann von der latenten Wärme des Phasenänderungsmaterials abhängen. Die latente Wärme des Phasenänderungsmaterials korreliert typischerweise mit dessen Fähigkeit, zu absorbieren und Energie/Wärme freizusetzen, oder die Wärmetransfereigenschaften des Artikels zu modifizieren. In einigen Fällen kann das Phasenänderungsmaterial eine latente Schmelzwärme aufweisen, die wenigstens 80 Joule / Gramm (J/g) oder wenigstens 100 J/g oder wenigstens 120 J/g oder wenigstens 140 J/g oder wenigstens 150 J/g oder wenigstens 170 J/g oder wenigstens 180 J/g oder wenigstens 185 J/g oder wenigstens 190 J/g oder wenigstens 200 J/g oder wenigstens 220 J/g beträgt. Somit kann das Phasenänderungsmaterial zum Beispiel eine latente Schmelzwärme von 20 J/g bis 400 J/g, wie 80 J/g bis 400 J/g oder 100 J/g bis 400 J/g oder 150 J/g bis 400 J/g oder 170 J/g bis 400 J/g oder 190 J/g bis 400 J/g aufweisen.
  • Phasenänderungsmaterialien, die verwendet werden können, schließen verschiedene organische und anorganische Substanzen ein. Beispiele von Phasenänderungsmaterialien schließen Kohlenwasserstoffe (z. B. geradkettige Alkane oder paraffinische Kohlenwasserstoffe, verzweigt-kettige Alkane, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe und alicyclische Kohlenwasserstoffe), Silikonwachs, Alkane, Alkene, Alkine, Arene, hydratisierte Salze (z. B. Calciumchlorid-hexahydrat, Calciumbromid-hexahydrat, Magnesiumnitrat-hexahydrat, Lithiumnitrat-trihydrat, Kaliumfluorid-tetrahydrat, Ammoniumalaun, Magnesiumchlorid-hexahydrat, Natriumcarbonat-decahydrat, Dinatriumphosphat-dodecahydrat, Natriumsulfat-decahydrat und Natriumacetattrihydrat), Wachse, Öle, Wasser, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren, zum Beispiel Capronsäure, Caprylsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure, Behensäure, Lignocerinsäure, Cerotinsäure und dergleichen), Fettsäureester (zum Beispiel Fettsäure-C1-C4-alkylester, wie Methylcaprylat, Methylcaprat, Methyllaurat, Methylmyristat, Methylpalmitat, Methylstearat, Methylarachidat, Methylbehenat, Methyllignocerat, und dergleichen), Fettalkohole (zum Beispiel Caprylalkohol, Laurylalkohol, Myristylalkohol, Cetylalkohol, Stearylalkohol, Arachidylalkohol, Behenylalkohol, Lignocerylalkohol, Cerylalkohol, Montanylalkohol, Myricylalkohol, und Geddylalkohol, und dergleichen), dibasische Säuren, dibasische Ester, 1-Halogenide, primäre Alkohole, sekundäre Alkohole, tertiäre Alkohole, aromatische Verbindungen, Clathrate, Semi-Clathrate, Gasclathrate, Anhydride (z. B. Stearinsäureanhydrid), Ethylencarbonat, Methylester, mehrwertige Alkohole (z. B. 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 2-Hydroxymethyl-2-methyl-1,3-propandiol, Ethylenglycol, Polyethylenglycol, Pentaerythritol, Dipentaerythritol, Pentaglycerin, Tetramethylolethan, Neopentylglycol, Tetramethylolpropan, 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol, Monoaminopentaerythritol, Diaminopentaerythritol und Tris(hydroxymethyl)essigsäure), Zuckeralkohole (Erythritol, D-Mannitol, Galactitol, Xylitol, D-Sorbitol), Polymere (z. B. Polyethylen, Polyethylenglycol, Polyethylenoxid, Polypropylen, Polypropylenglycol, Polytetramethylenglycol, Polypropylenmalonat, Polyneopentylglycolsebacat, Polypentanglutarat, Polyvinylmyristat, Polyvinylstearat, Polyvinyllaurat, Polyhexadecylmethacrylat, Polyoctadecylmethacrylat, Polyester, die durch Polykondensation von Glycolen (oder deren Derivaten) mit Disäuren (oder deren Derivaten) hergestellt wurden und Copolymere, wie Polyacrylat oder Poly(meth)acrylat mit Alkyl-Kohlenwasserstoff-Seitenkette oder mit Polyethylen-Glycol-Seitenkette und Copolymere, einschließlich Polyethylen, Polyethylenglycol, Polyethylenoxid, Polypropylen, Polypropylenglycol oder Polytetramethylenglycol), Metalle und Mischungen davon ein. Verschiedene Pflanzenöle können verwendet werden, zum Beispiel Sojabohnenöle, Palmöle oder dergleichen. Solche Öle können aufgereinigt oder anderweitig behandelt werden, um diese für den Gebrauch als Phasenänderungsmaterialien geeignet zu machen. In einer Ausführungsform ist das Phasenänderungsmaterial, welches in der Phasenänderungszusammensetzung verwendet wird, eine organische Substanz.
  • Paraffinische Phasenänderungsmaterialien können ein paraffinischer Kohlenwasserstoff sein, das heißt, ein Kohlenwasserstoff, der durch die Formel CnHn+2 repräsentiert wird, wobei n von 10 bis 44 Kohlenstoffatomen reichen kann. Der Schmelzpunkt und die Schmelzwärme einer homologen Reihe von Paraffin-Kohlenwasserstoffen steht direkt mit der Anzahl von Kohlenstoffatomen in Zusammenhang, wie in der folgenden Tabelle gezeigt wird. Tabelle 1. Schmelzpunkte von paraffinischen Kohlenwasserstoffen
    Paraffinischer Kohlenwasserstoff Anzahl von Kohlenstoffatomen Schmelzpunkt (°C)
    n-Octacosan 28 61,4
    n-Heptacosan 27 59,0
    n-Hexacosan 26 56,4
    n-Pentacosan 25 53,7
    n- Tetracosan 24 50,9
    n-Tricosan 23 47,6
    n-Docosan 22 44,4
    n-Heneicosan 21 40,5
    n-Eicosan 20 36,8
    n-Nonadecan 19 32,1
    n-Octadecan 18 28,2
    n-Heptadecan 17 22,0
    n-Hexadecan 16 18,2
    n-Pentadecan 15 10,0
    n- Tetradecan 14 5,9
    n-Tridecan 13 -5,5
  • Ebenso hängt der Schmelzpunkt einer Fettsäure von der Kettenlänge ab.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Phasenänderungsmaterial einen paraffinischen Kohlenwasserstoff, eine Fettsäure oder einen Fettsäureester mit 15 bis 40 Kohlenstoffatomen, 18 bis 35 Kohlenstoffatomen oder 18 bis 28 Kohlenstoffatomen. Das Phasenänderungsmaterial kann ein einzelner paraffinischer Kohlenwasserstoff, Fettsäure oder Fettsäureester oder eine Mischung von Kohlenwasserstoffen, Fettsäuren und/oder Fettsäureestern sein. Das Phasenänderungsmaterial kann ein Pflanzenöl sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Phasenänderungsmaterial eine Schmelztemperatur von 5 bis 70°C, 25 bis 65 °C, 35 bis 60°C oder 30 bis 50°C auf.
  • Die Schmelzwärme des Phasenänderungsmaterials, bestimmt mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie gemäß ASTM D3418, kann mehr als 150 Joule / Gramm, bevorzugterweise mehr als 180 Joule pro Gramm, stärker bevorzugt mehr als 200 Joule / Gramm betragen.
  • Das Phasenänderungsmaterial schließt ein nicht eingekapseltes („rohes“) Phasenänderungsmaterial ein, obgleich eingekapselte Phasenänderungsmaterialien ebenfalls vorliegen können, wie noch detaillierter untenstehend beschrieben wird. Die Menge des eingekapselten Phasenänderungsmaterial hängt von der Art des verwendeten Materials, der gewünschten Phasenänderungstemperatur, der Art von verwendetem thermoplastischen Polymer und ähnlichen Betrachtungen ab, wird aber derart ausgewählt, dass eine mischbare Mischung des Phasenänderungsmaterials und des thermoplastischen Polymers nach der Vermischung bereitgestellt wird. Die Menge an nicht eingekapseltem Phasenänderungsmaterial kann 50 bis 97 Gewichtsprozent oder 55 bis 95 Gewichtsprozent oder 60 bis 90 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterial und thermoplastischen Polymers betragen, mit der Maßgabe, dass eine mischbare Mischung an Phasenänderungsmaterial und thermoplastischem Polymer nach dem Vermischen gebildet wird. In einer Ausführungsform kann eine Menge an nicht eingekapseltem Phasenänderungsmaterial 60 bis 97 Gewichtsprozent oder 55 bis 97 Gewichtsprozent oder 65 bis 95 Gewichtsprozent oder 60 bis 90 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterial und thermoplastischen Polymers betragen, mit der Maßgabe, dass eine mischbare Mischung der Phasenänderungszusammensetzung und des thermoplastischen Polymers nach dem Vermischen gebildet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine große Menge an nicht eingekapseltem Phasenänderungsmaterial vor, insbesondere 70 bis 97 Gewichtsprozent oder 85 bis 97 Gewichtsprozent oder 80 bis 97 Gewichtsprozent oder sogar 90 bis 97 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials und des thermoplastischen Polymers.
  • Die Phasenänderungszusammensetzung umfasst ferner eine thermoplastische Polymerzusammensetzung in Kombination mit dem nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterial. Wie hierin verwendet, schließt „Polymer“ Oligomere, Ionomere, Dendrimere, Homopolymere und Copolymere (wie Pfropf-Copolymere, statistische Copolymere, Block-Copolymere (z. B. Stern-Block-Copolymere, statistische Copolymere, und dergleichen ein. Die thermoplastische Polymerzusammensetzung kann ein einzelnes Polymer oder eine Kombination von Polymeren sein. Die Kombination von Polymeren kann zum Beispiel eine Mischung zweier oder mehrerer Polymere mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen, unterschiedlichen gewichtsmittleren Molekulargewichten oder einer Kombination der vorherigen sein. Eine sorgfältige Auswahl des Polymers oder der Kombination von Polymeren erlaubt die Einstellung der Eigenschaften der Phasenänderungszusammensetzungen.
  • Der Typ und die Menge an thermoplastischer Polymerzusammensetzung wird derart ausgewählt, dass eine gute Kompatibilität mit dem Phasenänderungsmaterial aufgewiesen wird, um eine mischbare Mischung der thermoplastischen Polymerzusammensetzung und einer große Menge des Phasenänderungsmaterials zu bilden, z. B. wenigstens 50 Gew.-% oder wenigstens 70 Gew.-% oder wenigstens 80 Gew.-% oder sogar wenigstens 90 Gew.-%. Wenn eine Kombination zweier oder mehrerer Polymere verwendet wird, sind die Polymere bevorzugterweise mischbar, oder sie sind mischbar, wenn sie mit dem Phasenänderungsmaterial kombiniert werden. Die thermoplastische Polymerzusammensetzung kann ebenfalls so gewählt werden, dass eine gewünschte Gelierungstemperatur bereitgestellt wird.
  • Es ist unerwarteterweise herausgefunden worden, dass eine sorgfältige Auswahl der thermoplastischen Polymerzusammensetzung zur Bereitstellung einer mischbaren Mischung mit großen Mengen an dem nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterial ein Produkt bereitstellt, welches ein Gel bei niedrigeren Temperaturen ist, bei höheren Temperaturen allerdings eine geringe Viskosität aufweist. Ein „Gel“ oder „gelierte Phasenänderungszusammensetzung“, wie hierin verwendet, meint einen physikalischen Zustand, der am Steady-State bei einer gegebenen Temperatur keinen signifikanten Fluss zeigt. Bevorzugterweise zeigt das Gel oder die gelierte Phasenänderungszusammensetzung keinen nennenswerten Fluss am Steady-State bei einer gegebenen Temperatur. Daher werden die thermoplastische Polymerzusammensetzung, das nicht eingekapselte Phasenänderungsmaterial und beliebige Additive, wie detaillierter unten stehend beschrieben ist, ausgewählt, so dass die resultierende Phasenänderungszusammensetzung, die für die Verwendung in einem Artikel, wie einem elektronischen Gerät, vorgesehen ist, in einem Gelzustand über dem Betriebstemperaturbereich des Artikels vorliegt. Das heißt, die thermoplastische Polymerzusammensetzung und das nicht eingekapselte Phasenänderungsmaterial werden derart ausgewählt, dass die Gelierungstemperatur der resultierenden Phasenänderungszusammensetzung die maximale Betriebstemperatur ist, die für das Gerät erwartet wird. Die Geltemperatur ist die Temperaturschwelle für die Bildung des thermoreversiblen Gels in der Polymerzusammensetzung. Zum Beispiel kann die Betriebstemperatur des Artikels im Bereich von 10 bis 100°C, 15 bis 85°C oder 20 bis 70°C liegen. Die Phasenänderungszusammensetzung kann entsprechend in eine Höhlung in einem Artikel als ein Fluid bei Temperaturen oberhalb des Betriebstemperaturbereiches des Artikels (oberhalb der Gelierungstemperatur der Phasenänderungszusammensetzung), aber bei Temperaturen innerhalb des Betriebstemperaturbereiches des Artikels, welche bei oder unter der Gelierungstemperatur der Phasenänderungszusammensetzung liegen. In einem hochgradig vorteilhaften Merkmal existiert die Phasenänderungszusammensetzung als ein Gel und leckt daher nicht aus dem Artikel. Die Phasenänderungszusammensetzung kann entsprechend in eine Höhlung in solch einem Artikel als ein Fluid bei Temperaturen von wenigstens 120°C eingebracht werden, bildet dann aber ein Gel, welches im Wesentlichen bei Temperaturen von 100°C oder weniger nicht fließt. Die Kapazität der Phasenänderungszusammensetzung, wirksam das Phasenänderungsmaterial in dessen eigener Matrix zu halten, kann den Phasenänderungszusammensetzungen eine exzellente Wärmemanagementleistung über lange Zeiträume hinweg verleihen.
  • In einer Ausführungsform hat die thermoplastische Polymerzusammensetzung eine niedrige Polarität. Eine niedrige Polarität der thermoplastischen Polymerzusammensetzung ermöglicht Kompatibilität mit einem Phasenänderungsmaterial einer nicht-polaren Natur.
  • Ein Parameter, der verwendet werden kann, die Kompatibilität der Polymerzusammensetzung mit dem nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterial zu beurteilen, ist der „Löslichkeitsparameter“ (δ) der Polymerzusammensetzung und des Phasenmaterials. Die Löslichkeitsparameter können durch jedes im Fachgebiet bekannte Verfahren bestimmt oder für viele Polymere und Phasenänderungsmaterialien aus veröffentlichten Tabellen erhalten werden. Die Polymerzusammensetzung und das Phasenänderungsmaterial haben im Allgemeinen ähnliche Löslichkeitsparameter, um eine vermischbare Mischung zu bilden. Der Löslichkeitsparameter (δ) der Polymerzusammensetzung kann innerhalb von ±1 oder ±0,9 oder ± 0,8 oder ±0,7 oder ±0,6 oder ±0,5 oder ±0,4 oder ±0,3 des Löslichkeitsparameters des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials liegen.
  • Eine breite Vielzahl thermoplastischer Polymere kann, allein oder in Kombination, in der thermoplastischen Polymerzusammensetzung abhängig von dem Phasenänderungsmaterial und anderen gewünschten Charakteristiken der Phasenänderungszusammensetzung verwendet werden. Beispielhafte Polymere, die im Allgemeinen als thermoplastisch angesehen werden, schließen cyclische Olefinpolymere (einschließlich Polynorbornene und Copolymere, die Norbornenyleinheiten enthalten, zum Beispiel Copolymere eines cyclischen Polymers, wie Norbornen und ein acyclisches Olefin, wie Ethylen oder Propylen), Fluorpolymere (z. B. Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylentetrafluorethylen (PETFE), Perfluoralkoxy (PFA)), Polyacetale (z. B. Polyoxyethylen und Polyoxymethylen), Poly(C1-6-alkyl)acrylate, Polyacrylamide (einschließlich unsubstituierten und Mono-N- und Di-N-(C1-8-alkyl)acrylamiden), Polyacrylnitrile, Polyamide (z. B. aliphatische Polyamide, Polyphthalamide und Polyaramide), Polyamidimide, Polyanhydride, Polyarylenether (z. B. Polyphenylenether), Polyarylenetherketone (z. B. Polyetheretherketone (PEEK) und Polyetherketonketone (PEKK)), Polyarylenketone, Polyarylensulfide (z. B. Polyphenylensulfide (PPS)), Polyarylensulfone (z. B. Polyethersulfone (PES), Polyphenylensulfone (PPS), und dergleichen), Polybenzothiazole, Polybenzoxazole, Polybenzimidazole, Polycarbonate (einschließlich Homopolycarbonate und Polycarbonat-Copolymere, wie Polycarbonat-siloxane, Polycarbonat-ester und Polycarbonat-ester-siloxane), Polyester (z. B. Polyethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Polyarylate und Polyester-Copolymere, wie Polyester-ether), Polyetherimide (einschließlich Copolymere, wie Polyetherimid-Siloxan-Copolymere), Polyimide (einschließlich Copolymere, wie Polyimid-Siloxan-Copolymere), Poly(C1-6-alkyl)methacrylate, Polymethacrylamide (einschließlich unsubstituierte und Mono-N- und Di-N-(C1-8-alkyl)acrylamide), Polyolefine (z. B. Polyethylene, Polypropylene und deren halogenierte Derivate (wie Polytetrafluorethylene) und deren Copolymere, zum Beispiel Ethylen-alpha-olefin-Copolymere, Poly(ethylen-Vinylacetat), Polyoxadiazole, Polyoxymethylene, Polyphthalide, Polysilazane, Polysiloxane (Silikone), Polystyrene (einschließlich Copolymere wie Acrylnitril-Butadien-Styren (ABS) und Methylmethacrylat-Butadien-Styren (MBS)), Polysulfide, Polysulfonamide, Polysulfonate, Polysulfone, Polythioester, Polytriazine, Polyharnstoffe, Polyurethane, Vinylpolymere (einschließlich Polyvinylalkohole, Polyvinylester, Polyvinylether, Polyvinylhalogenide (z. B. Polyvinylfluorid), Polyvinylketone, Polyvinylnitrile, Polyvinylthioether und Polyvinylidenfluoride) oder dergleichen ein. Eine Kombination, die wenigstens eines der vorhergenannten Polymere umfasst, kann verwendet werden.
  • Eine bevorzugte Art an Polymer ist ein Elastomer, welches gegebenenfalls quervernetzt sein kann. In einigen Ausführungsformen stellt der Gebrauch eines Quervernetzten (d. h. gehärteten) Elastomers einen geringeren Fluss der Phasenänderungszusammensetzungen bei höheren Temperaturen bereit. Geeignete Elastomere können statistische, gepfropfte oder Block-Copolymere sein. Beispiele schließen natürliches Kautschuk/Isopren, Butyl-Kautschuk, Polydicyclopentadien-Kautschuk, Fluorelastomere, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), Ethylen-Buten-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM oder Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer), Acrylat-Kautschuke, Nitril-Kautschuk, hydrierten Nitril-Kautschuk (HNBR), Silikonelastomere, Styren-Butadien-Styren (SBS), Styren-Butadien-Kautschuk (SBR), Styren-(Ethylen-Buten)-Styren (SEBS), Acrylnitril-Butadien-Styren (ABS), Acrylnitril-Ethylen-Propylen-Dien-Styren (AES), Styren-Isopren-Styren (SIS), Styren-(Ethylen-Propylen)-Styren (SEPS), Methylmethacrylat-Butadien-Styren (MBS), High Rubber Graft (HRG) bzw. Kautschuk mit hoher Pfropfung, Polyurethan, Silikon, Acrylat und dergleichen ein.
  • Elastomere Block-Copolymere umfassen einen Block (A), der von einer aromatischen Alkenylverbindung abgeleitet ist und einen Block (B), der von einem konjugierten Dien abgeleitet ist. Die Anordnung der Blöcke (A) und (B) schließt lineare und gepfropfte Strukturen, einschließlich radialer Teleblockstrukturen mit verzweigten Ketten ein. Beispiele linearer Strukturen schließen Diblock- (A-B), Triblock- (A-B-A oder B-A-B), Tetrablock- (A-B-A-B) und Pentablock- (A-B-A-B-A oder B-A-B-A-B) Strukturen sowie lineare Strukturen ein, die insgesamt 6 oder mehr Blöcke von A und B enthalten. Spezifische Block-Copolymere schließen Diblock-, Triblock- und Tetrablock-Strukturen und spezifisch die A-B-Diblock und A-B-A-Trickblock-Strukturen ein. In einigen Ausführungsformen ist das Elastomer ein Styrenisches-Block-Copolymer (SBC), welches aus Polystyrenblöcken und Kautschukblöcken besteht. Die Kautschukblöcke können Polybutadien, Polyisopren, deren hydrierte Äquivalente oder eine Kombination, die wenigstens eines der zuvorgenannten umfasst, sein. Beispiele von Styren-BlockCopolymeren schließen Styren-Butadien-Block-Copolymere, z. B. Kraton D SBS-Polymere (Kraton Performance Polymers, Inc.); Styren-Ethylen/Propylen-Block-Copolymere, z. B. Kraton G SEPS (Kraton Performance Polymers, Inc.) oder Styren-Ethylen/Butadien-Block-Copolymere, z. B. Kraton G SEBS (Kraton Performance Polymers, Inc.); und Styren-Isopren-Block-Copolymere, z. B. Kraton D SIS-Polymere (Kraton Performance Polymers, Inc.) ein. In gewissen Ausführungsformen ist das Polymer ein Styren-Ethylen-Butadien-Styren-Block-Copolymer, z. B. Kraton G 1726. In anderen Ausführungsformen ist das Polymer ein Styren-Butadien-Block-Copolymer, z. B. Kraton D1192.
  • In gewissen Ausführungsformen ist das Polymer Kraton G SEBS oder SEPS, ein Styren-Butadien-Block-Copolymer, Polybutadien, EPDM, Naturkautschuk, Butyl-Kautschuk, cyclisches Olefin-Copolymer, Polydicyclopentadien-Kautschuk oder eine Kombination, welche eines oder mehrere der vorstehenden umfasst.
  • Die Kombination des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials und der thermoplastischen Polymerzusammensetzung kann bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C ein Gel sein, und kann eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei Temperaturen von wenigstens 120°C aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Kombination des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials und der thermoplastischen Polymerzusammensetzung ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C und weist eine Viskosität von weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei Temperaturen von 120°C auf. In einer anderen Ausführungsform ist die Kombination des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials und der thermoplastischen Polymerzusammensetzung ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 50°C oder weniger als oder gleich 30°C und weist eine Viskosität von weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei Temperaturen von 120°C auf. Die Kombination des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials und der thermoplastischen Polymerzusammensetzung ist ein Gel bei einer Temperatur über 25°C oder über 30°C oder über 40°C.
  • Die Kombination des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials und der thermoplastischen Polymerzusammensetzung kann durch eine Schmelzwärme, bestimmt mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie gemäß ASTM D3418, von mehr als 150 Joule / Gramm, bevorzugterweise mehr als 180 Joule pro Gramm, stärker bevorzugt mehr als 200 Joule / Gramm gekennzeichnet sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Phasenänderungszusammensetzung den UL94 VTM-2-Brennbarkeits-Standard erfüllen.
  • Die Phasenänderungszusammensetzungen können aus der Kombination des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials und der thermoplastischen Polymerzusammensetzung allein, in den oben beschriebenen Mengen bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Alternativ können die Phasenänderungszusammensetzungen ferner andere Komponenten als Additive umfassen, zum Beispiel ein eingekapseltes Phasenänderungsmaterial, einen Füllstoff oder andere Additive, die im Fachbereich bekannt sind. Solche zusätzlichen Komponenten werden derart ausgewählt, dass die gewünschten Eigenschaften der Phasenänderungszusammensetzungen, insbesondere der vorgetragenen Gelierungs- und Viskositätseigenschaften, nicht signifikant negativ beeinflusst werden.
  • Zum Beispiel kann, obwohl die Phasenänderungszusammensetzung ein nicht eingekapseltes Phasenänderungsmaterial umfasst, die Phasenänderungszusammensetzung ferner ein Phasenänderungsmaterial in einer eingekapselten Form als ein Additiv umfassen. Die Einkapselung eines Phasenänderungsmaterials erzeugt im Wesentlichen einen Behälter für das Phasenänderungsmaterial, so dass unabhängig davon, ob das Phasenänderungsmaterial in einem festen oder flüssigen Zustand vorliegt, das Phasenänderungsmaterial darin aufbewahrt ist. Verfahren für einkapselnde Materialien, wie Phasenänderungsmaterialien, sind im Fachbereich bekannt (siehe zum Beispiel U.S.-Patent Nrn. 5 911 923 und 6703 127). Mikroverkapselte und makroverkapselte Phasenänderungsmaterialien sind ebenfalls kommerziell erhältlich (z. B. von Microtek Laboratories, Inc.) Makrokapseln haben eine durchschnittliche Partikelgröße von 1000 bis 10000 Mikrometer, wobei Mikrokapseln eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 1000 Mikrometer aufweisen. Das eingekapselte Phasenänderungsmaterial kann in einer Mikrokapsel eingekapselt sein, und die mittlere Partikelgröße der Mikrokapseln kann 1 bis 100 Mikrometer oder 2 bis 50 Mikrometer oder 5 bis 40 Mikrometer betragen. Hierin ist die mittlere Partikelgröße eines eingekapselten PCMs eine volumengewichtete mittlere Partikelgröße, die zum Beispiel unter Verwendung eines Malvern Mastersizer 2000 Partikel-Analysators oder äquivalenter Instrumentierung bestimmt wird. Das eingekapselte Phasenänderungsmaterial kann in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsprozent, insbesondere 1 bis 40 Gewichtsprozent oder 5 bis 30 Gewichtsprozent oder 10 bis 30 Gewichtsprozent eingeschlossen sein, jeweils basierend auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung.
  • Die Phasenänderungszusammensetzung kann ferner einen Füllstoff umfassen, zum Beispiel einen Füllstoff, um die dielektrischen, thermisch-leitenden oder magnetischen Eigenschaften der Phasenänderungszusammensetzung einzustellen. Ein Füllstoff mit niedrigem Ausdehnungskoeffizient, wie Glaskügelchen, Silika oder gemahlene Mikroglasfasern kann verwendet werden. Eine thermisch stabile Faser, wie ein aromatisches Polyamid oder ein Polyacrylnitril kann verwendet werden. Repräsentative dielektrische Füllstoffe schließen Titandioxid (Rutil und Anatas), Bariumtitanat, Strontiumtitanat, amorphes Quarzglas, Korund, Wollastonit, Aramidfasern (z. B. KEVLAR™ von DuPont), Glasfaser, Ba2Ti9O20, Quarz, Aluminumnitride, Siliciumcarbid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Glimmer, Talkumarten, Nanotone, Aluminosilicate (natürlich und synthetisch), Eisenoxid, CoFe2O4 (nanostrukturiertes Pulver, erhältlich von Nanostructured & Amorphous Materials, Inc.), einwandige oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen und pyrogenes Siliciumdioxid (z. B. Cab-O-Sil, erhältlich von Cabot Corporation) ein, wobei jedes allein oder in Kombination verwendet werden kann.
  • Andere Arten von Füllstoffen, die verwendet werden können, schließen einen thermisch leitenden Füllstoff, einen thermisch isolierenden Füllstoff, einen magnetischen Füllstoff oder eine Kombination, die wenigstens eines der zuvorgenannten umfasst, ein. Thermisch leidende Füllstoffe schließen zum Beispiel Bornitrid, Silica, Aluminiumoxid, Zinkoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumnitrid ein. Beispiele thermisch isolierender Füllstoffe schließen zum Beispiel organische Polymere in Partikelform ein. Die magnetischen Füllstoffe können von Nanogröße sein.
  • Die Füllstoffe können in der Form fester, poröser oder hohler Partikel sein. Die Partikelgröße des Füllstoffes beeinflusst eine Anzahl wichtiger Eigenschaften, einschließlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten, des Moduls, der Elongation und des Flammenwiderstands. In einer Ausführungsform hat der Füllstoff eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,1 bis 15 Mikrometer, insbesondere 0,2 bis 10 Mikrometer. Der Füllstoff kann ein Nanopartikel sein, d. h. ein Nanofüllstoff mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 1 bis 100 Nanometer (nm) oder 5 bis 90 nm oder 10 bis 80 nm oder 20 bis 60 nm. Eine Kombination an Füllstoffen, die eine bimodale, trimodale oder höhere durchschnittliche Partikelgrößenverteilung aufweist, kann verwendet werden. Der Füllstoff kann in einer Menge von 0,5 bis 60 Gewichtsprozent oder 1 bis 50 Gewichtsprozent oder 5 bis 40 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung, beinhaltet sein.
  • Zusätzlich zu dem optionalen eingekapselten Phasenänderungsmaterial und optionalen Füllstoff, wie obenstehend beschrieben, kann die Phasenänderungszusammensetzung ferner gegebenenfalls Additive, wie Flammverzögerungsmittel, Härtungs-Initiatoren, Quervernetzungsmittel, Viskositäts-modifizierende Mittel, Benetzungsmittel, Antioxidanzien, thermische Stabilisatoren, Färbemittel oder eine Kombination, die wenigstens eines der zuvorgenannten umfasst, beinhalten. Die spezifische Wahl an Additiven hängt von dem verwendeten Polymer, der spezifischen Anwendung der Phasenänderungszusammensetzung und den gewünschten Eigenschaften für diese Anwendung ab und wird derart gefällt, dass die elektrischen Eigenschaften der Schaltkreis-Unterbaufaktoren, wie thermische Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, Verlustfaktor, dielektrischer Verlust oder andere gewünschte Eigenschaften verbessert oder nicht wesentlich negativ beeinflusst werden.
  • Das Flammverzögerungsmittel kann ein Metallcarbonat, ein Metallhydrat, ein Metalloxid, eine halogenierte organische Verbindung, eine organische, Phosphor enthaltende Verbindung, eine Stickstoff enthaltende Verbindung oder ein Phosphinatsalz sein. Repräsentative Flammverzögerungsmittel-Additive schließen Brom-, Phosphor- und Metalloxidhaltige Flammverzögerungsmittel ein. Geeignete Brom-haltige Flammverzögerungsmittel sind im Allgemeinen aromatisch und enthalten wenigstens zwei Brome pro Verbindung. Einige, die kommerziell erhältlich sind, stammen von, zum Beispiel, Albemarle Corporation unter den Handelsnamen Saytex BT-93W (Ethylenbistetrabromophthalimid), Saytex 120 (Tetradecaboromodiphenoxybenzol) und Great Lake unter dem Handelsnamen BC-52, BC-58, Esschem Inc unter dem Handelsnamen FR1025.
  • Geeignete Phosphor-haltige Flammverzögerungsmittel schließen verschiedene organische Phosphorverbindungen ein, zum Beispiel ein aromatisches Phosphat der Formel (GO)3P=O, wobei jedes G unabhängig eine C1-36-Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Alkylaryl- oder Arylalkyl-Gruppe ist, mit der Maßgabe, dass wenigstens ein G eine aromatische Gruppe ist. Zwei der G-Gruppen können miteinander verbunden werden, um eine cyclische Gruppe bereitzustellen, zum Beispiel Diphenylpentaerythritoldiphosphat. Andere geeignete aromatische Phosphate können zum Beispiel Phenyl-bis(dodecyl)phosphat, Phenyl-bis(neopentyl)phosphat, Phenyl-bis(3,5,5'-trimethylhexyl)phosphat, Ethyldiphenylphosphat, 2-Ethylhexyl-di(p-tolyl)phosphat, Bis(2-ethylhexyl) p-Tolylphosphat, Tritolylphosphat, Bis(2-ethylhexyl)phenylphosphat, Tri-(nonylphenyl)phosphat, Bis(dodecyl) p-Tolylphosphat, Dibutylphenylphosphat, 2-Chlorethyl-diphenylphosphat, p-Tolyl-bis(2,5,5'-trimethylhexyl)phosphat, 2-Ethylhexyl-diphenylphosphat oder dergleichen sein. Ein spezifisches aromatisches Phosphat ist eines, in welchem jedes G aromatisch ist, zum Beispiel Triphenylphosphat, Tricresylphosphat, isopropyliertes Triphenylphosphat und dergleichen. Beispiele geeigneter Di- oder polyfunktioneller aromatischer Phosphor-haltiger Verbindungen schließen Resorcinol-tetraphenyldiphosphat (RDP), das Bis(diphenyl)phosphat von Hydrochinon beziehungsweise das Bis-(diphenyl)phosphat von Bisphenol-A, deren oligomere und polymere Gegenstücke und dergleichen ein.
  • Metalphosphinatsalze können ebenfalls verwendet werden. Beispiele von Phosphinaten sind Phosphinatsalze, wie zum Beispiel alicyclische Phosphinatsalze und Phosphinatester. Weitere Beispiele von Phosphinaten sind Diphosphinsäure, Dimethylphosphinsäure, Ethylmethylphosphinsäure, Diethylphosphinsäure und die Salze dieser Säuren, wie zum Beispiele Aluminiumsalze und die Zinksalze. Beispiele von Phosphinoxiden sind Isobutylbis(hydroxyalkyl)phosphinoxid und 1,4-Diisobutylen-2,3,5,6-tetrahydroxy-1,4-diphosphinoxid oder 1,4-Diisobutylen-1,4-diphosphoryl-2,3,5,6-tetrahydroxycyclohexan. Weitere Beispiele Phosphor-haltiger Verbindungen sind NH1197® (Chemtura Corporation), NH1511® (Chemtura Corporation), NcendX P-30® (Albemarle), Hostaflam OP5500® (Clariant), Hostaflam OP9100 (Clariant), EXOLIT 935 (Clariant) und Cyagard RF 1204®, Cyagard RF 1241® und Cyagard RF 1243R (Cyagard sind Produkte von Cytec Industries). In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform hat eine Halogen-freie Phasenänderungszusammensetzung eine exzellente Flammverzögerung, wenn sie mit EXOLIT 935 (einem Aluminumphosphinat) verwendet wird. Noch andere Flammverzögerungsmittel schließen Melaminpolyphosphat, Melamincyanurat, Melam, Melon, Melem, Guanidine, Phosphazane, Silazane, DOPO (9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid) und 10-(2,5-Dihydroxyphenyl)-10H-9-oxaphosphaphenanthren-10-oxid ein.
  • Geeignete Metalloxid-Flammverzögerungsmittel sind Magnesiumhydroxid, Aluminumhydroxid, Zinkstannat und Boroxid. Bevorzugterweise kann das Flammverzögerungsmittel Aluminumtrihydroxid, Magnesiumhydroxid, Antimonoxid, Decabromdiphenyloxid, Decabromdiphenylethan, Ethylen-bis(tetrabromophthalimid), Melamin, Zinkstannat oder Boroxid sein.
  • Ein Flammverzögerungsmitteladditiv kann in einer Menge vorliegen, die im Fachbereich für die spezifische Art an verwendetem Additiv bekannt ist. In einer Ausführungsform wird die Art und Menge des Flammverzögerungsmittels ausgewählt, eine Phasenänderungszusammensetzung bereitzustellen, die den UL94 VTM-2 Standard erfüllen kann, wenn auf eine Dicke von 1,5 Millimetern konsolidiert wird.
  • Beispielhafte Härtungs-Initiatoren schließen jene ein, die bei der Initiation der Härtung (Quervernetzung) von Polymeren in der Phasenänderungszusammensetzung nützlich sind. Beispiele schließen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Azide, Amine, Peroxide, Schwefel und Schwefelderivate ein. Frei-Radikal-Initiatoren sind insbesondere als Härtungs-Initiatoren wünschenswert. Beispiele von Frei-Radikal-Initiatoren schließen Peroxide, Hydroperoxide und Nicht-Peroxid-Initiatoren, wie 2,3-Dimethyl-2,3-diphenylbutan, ein. Beispiele von Peroxid-Härtungsmitteln schließen Dicumylperoxid, Alpha, Alpha-di(t-butylperoxy)-m,p-diisopropylbenzol, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan-3 und 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexin-3 und Mischungen ein, die einen oder mehrere der zuvor genannten Härtungs-Initiatoren umfassen. Der Härtungs-Initiator kann, wenn er verwendet wird, in einer Menge von 0,01 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung, vorliegen.
  • Quervernetzungsmittel sind reaktive Monomere oder Polymere. In einer Ausführungsform sind solche reaktiven Monomere oder Polymere in der Lage, mit dem Polymer in der Phasenänderungszusammensetzung gemeinsam zu reagieren. Beispiele geeigneter reaktiver Monomere schließen, unter anderem, Styren, Divinylbenzol, Vinyltoluol, Triallylcyanurat, Diallylphthalat und multifunktionelle Acrylatmonomere (wie Sartomer-Verbindungen, verfügbar von Sartomer Co.) ein, wobei all diese kommerziell erhältlich sind. Nützliche Mengen an Quervernetzungsmittel sind 0,1 bis 50 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung.
  • Beispielhafte Antioxidantien schließen Radikalfänger und Metalldeaktivatoren ein. Ein nicht beschränkendes Beispiel eines Frei-Radikalfängers ist Poly[[6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino-s-triazin-2,4-diyl][(2,2,6,6,-tetramethyl-4-piperidyl)imino]hexamethylen[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]], kommerziell erhältlich von Ciba Chemicals unter dem Handelsnamen Chimassorb 944. Ein nicht beschränkendes Beispiel eines Metalldeaktivators ist 2,2-Oxalyldiamidobis[ethyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], kommerziell erhältlich von Chemtura Corporation unter dem Handelsnamen Naugard XL-1. Ein einzelnes Antioxidans oder eine Mischung von zwei oder mehr Antioxidantien kann verwendet werden. Antioxidantien liegen typischerweise in Mengen von bis zu 3 Gewichtsprozent vor, spezifisch 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung.
  • Haftvermittler können vorliegen, um die Bildung kovalenter Bindungen, die eine Metalloberfläche oder Füllstoffoberfläche mit einem Polymer verbindet, zu fördern oder daran teilzunehmen. Beispielhafte Haftvermittler schließen 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan und 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und Hexamethylendisilazane ein.
  • Wenn ein Additiv vorliegt, kann die Phasenänderungszusammensetzung 40 bis 95 Gewichtsprozent oder 50 bis 90 Gewichtsprozent oder 60 bis 85 Gewichtsprozent oder 70 bis 80 Gewichtsprozent des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials; 2 bis 40 Gewichtsprozent oder 4 bis 30 Gewichtsprozent oder 5 bis 20 Gewichtsprozent oder 5 bis 15 Gewichtsprozent der thermoplastischen Polymerzusammensetzung; und bis zu 60 Gewichtsprozent oder 0,1 bis 40 Gewichtsprozent oder 0,5 bis 30 Gewichtsprozent oder 1 bis 20 Gewichtsprozent einer Additivzusammensetzung beinhalten; wobei jede Gewichtsprozentangabe auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung basiert und insgesamt 100 Gewichtsprozent beträgt.
  • Die Phasenänderungszusammensetzung, welche das nicht eingekapselte Phasenänderungsmaterial, die thermoplastische Polymerzusammensetzung und wenigstens ein Additiv umfasst, ist ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C oder weniger als oder gleich 30°C und kann eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei Temperaturen von wenigstens 120°C aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Phasenänderungszusammensetzung ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C und has a Viskosität von weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei Temperaturen von 120°C. In einer anderen Ausführungsform ist die Phasenänderungszusammensetzung ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 50°C und hat eine Viskosität von weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei Temperaturen von 120°C.
  • Die Phasenänderungszusammensetzung, welche wenigstens ein Additiv umfasst, kann eine Schmelzwärme von wenigstens 100 J/g, bevorzugterweise wenigstens 170 J/g, stärker bevorzugt wenigstens 220 J/g, noch stärker bevorzugt wenigstens 240 J/g aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Phasenänderungszusammensetzung, welche wenigstens ein Additiv umfasst, den UL94 V-2-Brennbarkeits-Standard erfüllen.
  • Die Phasenänderungszusammensetzung kann durch Vereinigen der thermoplastischen Polymerzusammensetzung, des Phasenänderungsmaterials, gegebenenfalls eines Lösungsmittels und beliebiger Additive hergestellt werden, um die Phasenänderungszusammensetzung herzustellen. Die Vereinigung kann durch jedes beliebige geeignete Verfahren geschehen, wie Vermengen, Vermischen oder Verrühren. In einer Ausführungsform ist das Phasenänderungsmaterial geschmolzen, und das Polymer ist in dem geschmolzenen Phasenänderungsmaterial aufgelöst. In einer Ausführungsform können die Komponenten, die verwendet werden, um die Phasenänderungszusammensetzung zu bilden, einschließlich des Polymers und des Phasenänderungsmaterials und gegebenenfalls Additiven, vereinigt werden, und zwar dadurch, dass sie in einem Lösungsmittel aufgelöst oder suspendiert werden, um eine Mischung oder Lösung bereitzustellen.
  • Das Lösungsmittel wird, wenn es eingeschlossen ist, derart ausgewählt, dass es das Polymer auflöst, das Phasenänderungsmaterial und beliebige andere Additive, die vorliegen können, dispergiert und dass es eine bequeme Evaporationsrate für das Formen und Trocknen hat. Eine nicht erschöpfende Liste möglicher Lösungsmittel ist Xylol; Toluol; Methylethylketon; Methylisobutylketon; Hexan und höhere flüssige lineare Alkane, wie Heptan, Oktan, Nonan, und dergleichen; Cyclohexan; Isophoron; verschiedene Terpen-basierte Lösungsmittel; und gemischte Lösungsmittel. Spezifische beispielhafte Lösungsmittel schließen Xylol, Toluol, Methylethylketon, Methylisobutylketon und Hexan und noch spezifischer Xylol und Toluol ein. Die Konzentration der Komponenten der Zusammensetzung in der Lösung oder Dispersion ist nicht kritisch und wird von der Löslichkeit der Komponenten, dem verwendeten Füllstoffniveau, dem Applizierungsverfahren und anderen Faktoren abhängen. Im Allgemeinen umfasst die Lösung 10 bis 80 Gewichtsprozent Feststoffe (alle Komponenten außer dem Lösungsmittel), spezifischer 50 bis 75 Gewichtsprozent Feststoffe, basierend auf dem Gesamtgewicht der Lösung.
  • Jedem beliebigen Lösungsmittel wird ermöglicht, unter Umgebungsbedingungen oder durch Druck- oder erhitzte Luft abzudampfen, und die Mischung wird heruntergekühlt, um eine gelierte Phasenänderungszusammensetzung bereitzustellen. Die Phasenänderungszusammensetzung kann ebenfalls durch bekannte Verfahren geformt werden, zum Beispiel durch Extrusion, Schmelzen oder Gießen. Zum Beispiel kann die Phasenänderungszusammensetzung zu einer Schicht geformt werden, indem sie auf einen Träger gegossen wird, von welchem sie später freigesetzt wird, oder alternativ, indem sie auf ein Substrat gegossen wird, wie eine leitende Metallschicht, die später zu einer Schicht einer Schaltkreisstruktur umgeformt wird.
  • Die Schicht kann ungehärtet oder teilweise gehärtet (B-gestuft) werden im Trocknungsprozess, oder die Schicht kann teilweise oder vollständig gehärtet werden nach der Trocknung, wenn gewünscht. Die Schicht kann zum Beispiel bei 20 bis 200 °C, spezifischer bei 30 bis 150 °C, noch spezifischer bei 40 bis 100 °C erhitzt werden. Die resultierende Phasenänderungszusammensetzung kann vor dem Gebrauch, zum Beispiel Laminierung und Härtung, gelagert werden, teilweise gehärtet und dann gelagert werden, oder laminiert und vollständig gehärtet werden.
  • In einem anderen Aspekt wird ein Artikel, der die Phasenänderungszusammensetzung umfasst, offenbart. Die Phasenänderungszusammensetzung kann in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich elektronischer Geräte, LED-Geräte und Batterien, verwendet werden. Die Phasenänderungszusammensetzung kann mit besonderem Vorteil in Artikeln verwendet werden, die irregulär geformte Hohlräume enthält, die schwierig vollständig mit festen PCM-Kompositmaterialien und -Materialien auszufüllen sein können. Die Phasenänderungszusammensetzung kann in einer breiten Vielzahl elektronischer Geräte und beliebiger anderer Geräte verwendet werden, die Wärme zum Nachteil der Leistung der Prozessoren und anderer Betriebsschaltkreise (Speicher, Videochips, Telekommunikationschips und dergleichen) erzeugen. Beispiele solcher elektronischer Geräte schließen Handys, PDAs, Smartphones, Tablets, Laptopcomputer, Handheld-Scanner und andere im Allgemeinen transportable Geräte ein. Allerdings kann die Phasenänderungszusammensetzung in praktisch jedes beliebige elektronische Gerät eingebaut werden, das während des Betriebes eine Kühlung benötigt. Zum Beispiel können elektronische Geräte, die in Verbrauchsgütern, medizinischen Geräten, Automobilteilen, Flugzeugteilen, Radarsystemen, Leitsystemen und GPS-Geräten, die in ziviler und militärischer Ausrüstung und anderen Fahrzeugen eingebaut sind, verwendet werden, von Aspekten der verschiedenen Ausführungsformen profitieren, wie Batterien, Motorsteuereinheiten (ECU), Airbag-Modulen, Body Controller, Türmodulen, Tempomatmodulen, Armaturenbrettern, Klimakontrollmodulen, Antiblockiersystem-Modulen (ABS), Getriebesteuerungen und Energieverteilungsmodulen. Die Phasenänderungszusammensetzung und Artikel davon können ebenfalls in die Gehäuse von elektronischen oder anderen strukturellen Komponenten eingebaut werden. Im Allgemeinen kann jedes beliebige Gerät, welches auf die Leistungscharakteristika eines elektronischen Prozessors oder anderer elektronischer Schaltkreise baut, von den erhöhten oder stabileren Leistungscharakteristika profitieren, die aus der Nutzung von Aspekten der Phasenänderungszusammensetzungen, die hierin offenbart sind, resultieren.
  • Der Hohlraum des Artikels kann von jedweder Form oder Größe sein. Wie obenstehend beschrieben ist die Phasenänderungszusammensetzung allerdings insbesondere für kleine Hohlräume oder Hohlräume mit verschachtelten Merkmalen nützlich, da solche Hohlräume leicht unter Verwendung der Phasenänderungszusammensetzungen befüllt werden können. In einer Ausführungsform weist der Hohlraum des Artikels eine kleinste Dimension von weniger als 2 Zentimeter, bevorzugterweise von weniger als 1 Zentimeter, stärker bevorzugt von weniger als 0,5 Zentimeter, noch stärker bevorzugt von weniger als 0,1 Zentimeter auf. In einer alternativen Ausführungsform weist der Hohlraum des Artikels eine kleinste Dimension von mindestens 2 Zentimeter oder mehr oder 5 Zentimeter oder mehr oder 10 Zentimeter oder mehr oder 20 Zentimeter oder mehr auf. Der Artikel kann zum Beispiel ein elektronisches Gerät, bevorzugterweise ein elektronisches Handheld-Gerät sein. Andere Artikel können ein LED-Gerät oder eine Batterie sein, zum Beispiel eine Autobatterie.
  • Ein Artikel, der die Phasenänderungszusammensetzung umfasst, kann durch Erhitzen der Phasenänderungszusammensetzung auf eine Temperatur von wenigstens 100°C oder wenigstens 110°C oder wenigstens 120°C, um eine flüssige Phasenänderungszusammensetzung zu erhalten, und dann Einbringen der flüssigen Phasenänderungszusammensetzung in einen Hohlraum eines Artikels bei einer ersten Temperatur und Abkühlen des Artikels auf eine zweite Temperatur hergestellt werden. Die Viskosität der flüssigen Phasenänderungszusammensetzung beträgt weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei der ersten Temperatur. Die Einbringung der flüssigen Phasenänderungszusammensetzung in den Hohlraum kann durch die Schwerkraft erfolgen, zum Beispiel durch Gießen oder Fallenlassen. In einer spezifischen Ausführungsform kann die Einbringung der flüssigen Phasenänderungszusammensetzung in den Hohlraum durch Injektion erfolgen. Die Phasenänderungszusammensetzung innerhalb des Artikels bildet bei einer zweiten Temperatur, die nicht höher als die maximale zu erwartende Temperatur beim Betrieb des Artikels ist, eine gelierte Phasenänderungszusammensetzung. Die zweite Temperatur (Gelierungstemperatur der Zusammensetzung) kann weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C oder weniger als oder gleich 30°C betragen, zum Beispiel 25 bis 100°C oder 28 bis 60°C oder 45 bis 85°C oder 60 bis 80°C oder 80 bis 99°C.
  • Die Phasenänderungszusammensetzungen, die hierin beschrieben sind, können dem Gerät eine verbesserte thermische Stabilität verleihen, was in der Fähigkeit resultiert, einen Abbau der Leistung und Lebensspanne der elektronischen Geräte zu vermeiden. Die Phasenänderungszusammensetzungen sind ferner vorteilhaft beim Gebrauch als Materialien für das Wärmemanagement, insbesondere in elektronischen Geräten, weil sie leicht in Hohlräume irregulärer Formen eingebracht werden können, die schwierig vollständig mit festen Phasenänderungszusammensetzungen auszufüllen sind, was eine maximale Wärmeabsorptionskapazität erlaubt.
  • Das folgende Beispiel ist lediglich veranschaulichend für die Phasenänderungszusammensetzung und das Verfahren der Herstellung, die hierin offenbart sind, und es soll nicht den Umfang davon beschränken.
  • BEISPIEL
  • Die Schmelztemperatur und Enthalpie (ΔH) des Überganges eines Materials kann mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC), z. B. unter Verwendung eines Perkin Elmer DSC 4000 oder gleichwertigem gemäß ASTM D3418 bestimmt werden.
  • Ein Material mit einer Viskosität, bei Temperaturen von höher als oder gleich 100 °C, welche für die Injektion geeignet ist, wurde durch stufenweises Auflösen von 7,3 Gramm KRATON D1192 (einem klaren linearen Block-Copolymer, basierend auf Styrol und Butadien mit gebundenem Styrol von 30% Masse) in 78 Gramm geschmolzenem PCM43P (Paraffinwachs mit einer Phasenänderungstemperatur bei 43°C; Microtek Laboratories, Inc.) mit Vermischen in einem Ross-Planetenmischer hergestellt. Die Einstelltemperatur für den Ross-Mischer betrug 100 °C. Nachdem das Polymer vollständig in dem geschmolzenen Wachs aufgelöst war, wurden 14,7 Gramm Aluminiumoxidtrihydrat (ATH) SB 222 (Huber Engineered Materials) und 0,1 Gramm Regal 660R Rußschwarz allmählich in das geschmolzene System hineingegeben, bis eine homogene Phasenänderungszusammensetzung gebildet worden war.
  • DSC wird bzgl. der Phasenänderungszusammensetzung durchgeführt, um die Schmelzwärme zu bestimmen. Die FIGUR stellt die DSC-Ergebnisse dar, wodurch dargelegt wird, dass die Phasenänderungszusammensetzung eine hohe Schmelzwärme von 204,8 J/g aufweist.
  • Die Viskosität der Phasenänderungszusammensetzung bei 100°C liegt unter 5000 Centipoise (cP), wie unter Verwendung eines Brookfield RVDV2T Rotationsviskometers mit einem Thermosel-Temperaturregler gemäß ASTM Standard D 3236-88 bestimmt wurde, was die Injektion der Phasenänderungszusammensetzung in einen gewünschten Ort erlaubt. Allerdings ist bei niedrigeren Temperaturen (z. B. < 60 °C) die Phasenänderungszusammensetzung ein nicht fließendes Gel, welches nicht aus dem Standort leckt.
  • Die Ansprüche werden weiter durch die folgenden Ausführungsformen veranschaulicht, welche nicht beschränkend sind.
  • Ausführungsform 1: Eine Phasenänderungszusammensetzung, umfassend: eine homogene Mischung einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung; und eines Phasenänderungsmaterials; wobei die Phasenänderungszusammensetzung eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei einer Temperatur von mehr als oder gleich 120°C aufweist und ein Gel bei einer Temperatur weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C ist.
  • Ausführungsform 2: Die Phasenänderungszusammensetzung der Ausführungsform 1, wobei die thermoplastische Polymerzusammensetzung ein elastomers Block-Copolymer, ein elastomeres Pfropf-Copolymer, ein elastomeres statistisches Copolymer oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden umfasst; bevorzugterweise umfasst die thermoplastische Polymerzusammensetzung ein Styren-Ethylen/Propylen-Styren-Block-Copolymer, ein Styren-Ethylen/Butylen-Styren-Block-Copolymer, einen Styren-Butadien-Kautschuk, ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, ein Polybutadien, ein Isopren, ein Polybutadien-Isopren-Copolymer, einen Ethylen-Propylen-Kautschuk, einen Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Kautschuk, einen natürlichen Kautschuk/Isopren, einen Butyl-Kautschuk, Nitril-Kautschuk oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden umfasst; stärker bevorzugt umfasst die thermoplastische Polymerzusammensetzung ein Styren-Ethylen/Propylen-Styren-Block-Copolymer, ein Styren-Ethylen/Butylen-Styren-Block-Copolymer, oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden umfasst.
  • Ausführungsform 3: Die Phasenänderungszusammensetzung von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 2, wobei das Phasenänderungsmaterial ein bzw. eine bzw. einen C10-35-Alkan, C10-35-Fettsäure, C10-35-Fettsäureester oder ein Pflanzenöl; bevorzugterweise ein bzw. eine bzw. einen C18-28-Alkan, C18-28-Fettsäure oder C18-28-Fettsäureester umfasst.
  • Ausführungsform 4: Die Phasenänderungszusammensetzung von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 3, ferner umfassend eine Additivzusammensetzung, wobei die Additivzusammensetzung ein eingekapseltes Phasenänderungsmaterial, ein Flammverzögerungsmittel, einen thermischen Stabilisator, ein Antioxidans, einen thermisch leitenden Füllstoff, einen thermisch isolierenden Füllstoff, einen magnetischen Füllstoff, ein Färbemittel oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, umfasst.
  • Ausführungsform 5: Die Phasenänderungszusammensetzung der Ausführungsform 4, wobei das Flammverzögerungsmittel ein Metallcarbonat, ein Metallhydrat, ein Metalloxid, eine halogenierte organische Verbindung, eine organische Phosphor enthaltende Verbindung, eine Stickstoff enthaltende Verbindung, ein Phosphinatsalz, eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, ist; wobei bevorzugterweise das Flammverzögerungsmittel Aluminiumtrihydroxid, Magnesiumhydroxid, Antimonoxid, Decabromdiphenyloxid, Decabromdiphenylethan, Ethylen-bis-(tetrabromophthalimid), Melamin, Zinkstannat, Boroxid oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, ist.
  • Ausführungsform 6: Die Phasenänderungszusammensetzung von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 5, umfassend 40 bis 95 Gewichtsprozent oder 50 bis 90 Gewichtsprozent oder 60 bis 85 Gewichtsprozent oder 70 bis 80 Gewichtsprozent des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials; 2 bis 40 Gewichtsprozent oder 4 bis 30 Gewichtsprozent oder 5 bis 20 Gewichtsprozent oder 5 bis 15 Gewichtsprozent der thermoplastischen Polymerzusammensetzung; und bis zu 60 Gewichtsprozent oder 0,1 bis 40 Gewichtsprozent oder 0,5 bis 30 Gewichtsprozent oder 1 bis 20 Gewichtsprozent einer Additivzusammensetzung; wobei jede Gewichtsprozentangabe auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung basiert und ingesamt 100 Gewichtsprozent beträgt.
  • Ausführungsform 7: Die Phasenänderungszusammensetzung von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 6, mit einer Schmelzwärme, bestimmt mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie gemäß ASTM D3418, bei der Schmelztemperatur von wenigstens 150 Joule / Gramm, bevorzugterweise wenigstens 180 Joule / Gramm, stärker bevorzugt wenigstens 200 Joule / Gramm.
  • Ausführungsform 8: Die Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei das Phasenänderungsmaterial eine Schmelztemperatur von 5 bis 70°C, bevorzugterweise 25 bis 65°C, stärker bevorzugt 35 bis 60°C, noch stärker bevorzugt 30 bis 50°C aufweist.
  • Ausführungsform 9: Die Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 8, welche den UL94 VTM-2-Brennbarkeits-Standard erfüllt.
  • Ausführungsform 10: Ein Verfahren der Herstellung einer Phasenänderungszusammensetzung umfasst das Vereinigen einer Zusammensetzung, die eine thermoplastische Polymerzusammensetzung und gegebenenfalls ein Lösungsmittel umfasst, und von geschmolzenem Phasenänderungsmaterial, zur Bildung einer Mischung; Kühlen der Mischung, um eine Phasenänderungszusammensetzung bereitzustellen, welche ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C ist; und gegebenenfalls Entfernen des Lösungsmittels.
  • Ausführungsform 11: Das Verfahren von Ausführungsform 10, wobei die Mischung auf eine Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C abgekühlt wird.
  • Ausführungsform 12: Ein Artikel, der die Phasenänderungszusammensetzung von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 9 umfasst oder durch das Verfahren von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 10 bis 11 hergestellt ist.
  • Ausführungsform 13: Der Artikel von Ausführungsform 12, wobei die Phasenänderungszusammensetzung in einem Hohlraum des Artikels vorgesehen ist.
  • Ausführungsform 14: Der Artikel von Ausführungsform 13, wobei der Hohlraum eine kleinste Dimension von weniger als 2 Zentimeter, bevorzugterweise weniger als 1 Zentimeter, stärker bevorzugt weniger als 0,5 Zentimeter aufweist.
  • Ausführungsform 15: Der Artikel von einer beliebigen der Ausführungsformen 12 bis 14, wobei der Artikel elektronische Gerätschaft, bevorzugterweise eine in der Hand tragbare elektronische Gerätschaft, eine LED-Gerätschaft oder eine Batterie ist.
  • Ausführungsform 16: Ein Verfahren der Herstellung eines Artikels, welcher eine Phasenänderungszusammensetzung umfasst, wobei das Verfahren das Erhitzen der Phasenänderungszusammensetzung von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 9 oder hergestellt durch ein Verfahren von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 10 bis 11 bei einer Temperatur, die wirksam ist, eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bereitzustellen, wobei bevorzugterweise die Viskosität der erhitzten Phasenänderungszusammensetzung weniger als 30 000 Centipoise beträgt und die Temperatur wenigstens 100°C ist; Einführen der erhitzten Phasenänderungszusammensetzung in einen Hohlraum eines Artikels; und Kühlen der eingeführten Phasenänderungszusammensetzung, um eine gelierte Phasenänderungszusammensetzung innerhalb des Hohlraums zu bilden, umfasst.
  • Ausführungsform 17: Das Verfahren der Ausführungsform 16, wobei die eingeführte Phasenänderungszusammensetzung auf eine Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C abgekühlt wird.
  • Ausführungsform 18: Das Verfahren der Ausführungsform 16 oder Ausführungsform 17, wobei der Hohlraum eine kleinste Dimension von weniger als 2 Zentimeter, bevorzugterweise weniger als 1 Zentimeter, stärker bevorzugt weniger als 0,5 Zentimeter aufweist.
  • Ausführungsform 19: Das Verfahren von einer beliebigen oder mehreren der Ausführungsformen 16 bis 18, wobei der Artikel elektronische Gerätschaft, bevorzugterweise eine in der Hand tragbare elektronische Gerätschaft, eine LED-Gerätschaft oder eine Batterie ist
  • Im Allgemeinen können die Artikel und Verfahren, die hier beschrieben sind, alternativ umfassen, aus diesen bestehen oder im Wesentlichen bestehen aus beliebigen Komponenten oder Schritten, die hierin offenbart sind. Die Artikel und Verfahren können zusätzlich oder alternativ dazu so hergestellt oder durchgeführt werden, dass es ihnen an beliebigen Inhaltsstoffen, Schritten oder Komponenten mangelt oder sie im Wesentlichen frei davon sind, die nicht für das Erreichen der Funktion oder Ziele der vorliegenden Ansprüche notwendig sind.
  • Die Singularformen „eine/einer/ein“ und „der/die/das“ schließen Pluralbezüge ein, sofern der Kontext nicht klar anders diktiert. „Oder“ meint „und/oder“. Sofern nicht anders definiert, haben die technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die hierin verwendet werden, die gleiche Bedeutung, wie sie gemeinhin vom Durchschnittsfachmann im Fachgebiet, zu welchem die Ansprüche gehören, verstanden wird. Eine „Kombination“ schließt Vermengungen, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen ein. Die Werte, die hierin beschrieben werden, schließen einen annehmbaren Fehlerbereich für den spezifischen Wert ein, wie er durch den Durchschnittsfachmann im Fachgebiet bestimmt wird, was teilweise davon abhängt, wie der Wert gemessen oder bestimmt wird, d. h. den Beschränkungen des Messungssystems. Die Endpunkte aller Bereiche, die auf die gleiche Komponente oder Eigenschaft gerichtet sind, schließen die Endpunkte und Zwischenwerte ein und sind unabhängig kombinierbar.
  • Sofern nicht anders hierin spezifiziert, sind alle Teststandards der jüngste geltende Standard, mit Stand vom Einreichdatum dieser Anmeldung, oder, wenn eine Priorität beansprucht wird, dem Einreichdatum der frühesten Prioritätsanmeldung, in welcher der Teststandard erscheint. Sofern nicht anders definiert, haben die technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die hierin verwendet werden, die gleiche Bedeutung, wie sie durch den Durchschnittsfachmann im Fachgebiet, zu welchem diese Offenbarung gehört, verstanden wird.
  • Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und andere Referenzen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit miteinbezogen. Wenn allerdings ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung einem Begriff in den miteinbezogenen Referenzen widerspricht oder mit diesem in Konflikt tritt, hat der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung Vorrang vor dem kollidierenden Begriff aus der miteinbezogenen Referenz.
  • Während der offenbarte Gegenstand hierin in Bezug auf einige Ausführungsformen und repräsentative Beispiele beschrieben wird, werden jene, die im Fachbereich ausgebildet sind, verschiedene Modifikationen und Verbesserungen erkennen, die an dem offenbarten Gegenstand durchgeführt werden können, ohne vom Umfang davon abzuweichen. Zusätzliche Merkmale, die im Fachbereich gleichsam bekannt sind, können miteinbezogen werden. Außerdem sollte, obwohl individuelle Merkmale einiger Ausführungsformen des offenbarten Gegenstandes hierin und nicht in anderen Ausführungsformen diskutiert werden können, offenkundig sein, dass individuelle Merkmale einiger Ausführungsformen mit einem oder mehreren Merkmalen einer weiteren Ausführungsform oder Merkmalen einer Vielzahl von Ausführungsformen kombiniert werden können.

Claims (19)

  1. Phasenänderungszusammensetzung, umfassend: eine homogene Mischung von einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung; und einem Phasenänderungsmaterial; wobei die Phasenänderungszusammensetzung eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bei einer Temperatur von mehr als oder gleich 120°C aufweist und ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C ist.
  2. Phasenänderungszusammensetzung von Anspruch 1, wobei die thermoplastische Polymerzusammensetzung ein elastomeres Block-Copolymer, ein elastomeres Pfropf-Copolymer, ein elastomeres statistisches Copolymer oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, umfasst; die thermoplastische Polymerzusammensetzung bevorzugterweise ein Styren-Ethylen/Propylen-Styren-Block-Copolymer, ein Styren-Ethylen/Butylen-Styren-Block-Copolymer, einen Styren-Butadien-Kautschuk, ein Polybutadien, ein Isopren, ein Polybutadien-Isopren-Copolymer, einen Ethylen-Propylen-Kautschuk, einen Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Kautschuk, ein Ethylen-Vinylacetat, einen natürlichen Kautschuk/ein natürliches Isopren, einen Butyl-Kautschuk, Nitril-Kautschuk oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, umfasst; oder die thermoplastische Polymerzusammensetzung stärker bevorzugt ein Styren-Ethylen/Propylen-Styren-Block-Copolymer, ein Styren-Ethylen/Butylen-Styren-Block-Copolymer oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, umfasst.
  3. Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Phasenänderungsmaterial ein bzw. eine bzw. einen C10-35-Alkan, C10-35-Fettsäure, C10-35-Fettsäureester oder ein Pflanzenöl; bevorzugterweise ein bzw. eine bzw. einen C18-28-Alkan, C18-28-Fettsäure oder C18-28-Fettsäureester umfasst.
  4. Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Additivzusammensetzung, wobei die Additivzusammensetzung ein eingekapseltes Phasenänderungsmaterial, ein Flammverzögerungsmittel, einen thermischen Stabilisator, ein Antioxidans, einen thermisch leitenden Füllstoff, einen thermisch isolierenden Füllstoff, einen magnetischen Füllstoff, ein Färbemittel oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, umfasst.
  5. Phasenänderungszusammensetzung von Anspruch 4, wobei das Flammverzögerungsmittel ein Metallcarbonat, ein Metallhydrat, ein Metalloxid, eine halogenierte organische Verbindung, eine organische Phosphor enthaltende Verbindung, eine Stickstoff enthaltende Verbindung, ein Phosphinatsalz oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, umfasst oder das Flammverzögerungsmittel bevorzugterweise Aluminiumtrihydroxid, Magnesiumhydroxid, Antimonoxid, Decabromdiphenyloxid, Decabromdiphenylethan, Ethylen-bis-(tetrabromphthalimid), Melamin, Zinkstannat, Boroxid oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden beinhaltet, umfasst.
  6. Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, umfassend 40 bis 95 Gewichtsprozent oder 50 bis 90 Gewichtsprozent oder 60 bis 85 Gewichtsprozent oder 70 bis 80 Gewichtsprozent des nicht eingekapselten Phasenänderungsmaterials; 2 bis 40 Gewichtsprozent oder 4 bis 30 Gewichtsprozent oder 5 bis 20 Gewichtsprozent oder 5 bis 15 Gewichtsprozent der thermoplastischen Polymerzusammensetzung; und bis zu 60 Gewichtsprozent oder 0,1 bis 40 Gewichtsprozent oder 0,5 bis 30 Gewichtsprozent oder 1 bis 20 Gewichtsprozent einer Additivzusammensetzung; wobei jede Gewichtsprozentangabe auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung basiert und sich insgesamt auf 100 Gewichtsprozent beläuft ; wobei die Gewichtsprozentangabe auf dem Gesamtgewicht der Phasenänderungszusammensetzung basiert und sich insgesamt auf 100 Gewichtsprozent beläuft.
  7. Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Schmelzwärme, bestimmt mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie gemäß ASTM D3418, bei der Schmelztemperatur von wenigstens 150 Joule / Gramm, bevorzugterweise wenigstens 180 Joule / Gramm, stärker bevorzugt wenigstens 200 Joule / Gramm.
  8. Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Phasenänderungsmaterial eine Schmelztemperatur von 5 bis 70°C, bevorzugterweise 25 bis 65°C, stärker bevorzugt 35 bis 60°C, noch stärker bevorzugt 30 bis 50°C aufweist.
  9. Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, welche den UL94 VTM-2-Brennbarkeits-Standard erfüllt.
  10. Verfahren der Herstellung der Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Vereinigen einer Zusammensetzung, umfassend die thermoplastische Polymerzusammensetzung und gegebenenfalls ein Lösungsmittel, und von geschmolzenem Phasenänderungsmaterial zur Bildung einer Mischung; Kühlen der Mischung zur Bereitstellung einer Phasenänderungszusammensetzung, welche ein Gel bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C oder weniger als oder gleich 30°C ist; und gegebenenfalls Entfernen des Lösungsmittels.
  11. Verfahren von Anspruch 10, wobei die Mischung auf eine Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder von weniger als oder gleich 80°C oder von weniger als oder gleich 50°C gekühlt wird.
  12. Artikel, umfassend die Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 oder hergestellt gemäß dem Verfahren von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 10 bis 11.
  13. Artikel gemäß Anspruch 12, wobei die Phasenänderungszusammensetzung in einem Hohlraum des Artikels vorgesehen wird.
  14. Artikel gemäß Anspruch 13, wobei der Hohlraum eine kleinste Dimension von weniger als 2 Zentimeter, bevorzugterweise weniger als 1 Zentimeter, stärker bevorzugt weniger als 0,5 Zentimeter aufweist.
  15. Artikel gemäß einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Artikel eine elektronische Gerätschaft, bevorzugterweise eine in der Hand tragbare elektronische Gerätschaft, eine LED-Gerätschaft oder eine Batterie ist.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Artikels, der eine Phasenänderungszusammensetzung umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhitzen der Phasenänderungszusammensetzung von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 oder hergestellt gemäß dem Verfahren von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 10 bis 11 bei einer Temperatur, die wirksam ist, um eine Viskosität von weniger als 100 000 Centipoise oder weniger als 55 000 Centipoise oder weniger als 30 000 Centipoise oder weniger als 20 000 Centipoise oder weniger als 10 000 Centipoise oder weniger als 3000 Centipoise bereitzustellen, wobei bevorzugterweise die Viskosität von der erhitzen Phasenänderungszusammensetzung weniger als 30 000 Centipoise beträgt und die Temperatur wenigstens 100°C beträgt; Einführen der Phasenänderungszusammensetzung in einen Hohlraum eines Artikels; und Kühlen der eingeführten Phasenänderungszusammensetzung zur Bildung einer gelierten Phasenänderungszusammensetzung innerhalb des Hohlraums.
  17. Verfahren von Anspruch 16, wobei die eingeführte Phasenänderungszusammensetzung auf eine Temperatur von weniger als oder gleich 100°C oder weniger als oder gleich 80°C oder weniger als oder gleich 50°C abgekühlt wird.
  18. Verfahren von Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei der Hohlraum eine kleinste Dimension von weniger als 2 Zentimeter, bevorzugterweise weniger als 1 Zentimeter, stärker bevorzugt weniger als 0,5 Zentimeter aufweist.
  19. Verfahren von einem beliebigen oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Artikel eine elektronische Gerätschaft, bevorzugterweise eine in der Hand tragbare elektronische Gerätschaft, eine LED-Gerätschaft oder eine Batterie ist.
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