JP2002080835A - 蓄熱材マイクロカプセルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、球状で、皮膜の物理的、化学
的堅牢性に優れる、融点約８０℃以上の蓄熱材を内包す
るマイクロカプセルを得ることである。 【解決手段】水溶性分散剤を含む水溶液中に、融点が８
０〜１６０℃の蓄熱材を微小滴状に乳化する工程におい
て、乳化液の温度を蓄熱材の融点以上に加熱して蓄熱材
を溶融状態にして乳化した後、蓄熱材微粒子の周囲に皮
膜を形成する。マイクロカプセルの皮膜はメラミンホル
マリン樹脂または尿素ホルマリン樹脂である請求項１記
載の蓄熱材マイクロカプセル。蓄熱材の融点以上に加熱
できない場合は乳化液を、耐圧性の密閉容器内で１０１
３ｍｂａｒ以上の加圧条件下において乳化を行うことが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は約８０℃以上の潜熱
を蓄え得る蓄熱材マイクロカプセルの製造方法に関する
ものであり、詳しくは暖房用、給湯用等の高温域の蓄熱
材として利用できる球状の緻密性に富むマイクロカプセ
ルの製造法に関するものである。また他の目的としては
異常な発熱を嫌う精密電子部品等を本発明の蓄熱材マイ
クロカプセルまたはマイクロカプセル塗工シートで被覆
することにより蓄熱材の融点以上への温度上昇を阻止し
得る温度障壁の機能を有する材料及び被覆材として利用
することもできる。

【０００２】

【従来の技術】多量の冷熱や温熱を蓄えることができる
蓄熱材料としては温度差のみを利用した顕熱蓄熱材と、
相変化時に発生する融解熱または凝固熱を利用した潜熱
蓄熱材があり、空調用、給湯用などに利用されている。
特に高温用に適した蓄熱材としては、固体の蓄熱材とし
て、煉瓦、砂利、コンクリート、金属などが安価な顕熱
蓄熱材として蓄熱器、土中蓄熱などに利用されている。
液体の蓄熱材料としては、鉱物油、合成油、グリコール
系の化合物が可燃性ではあるが蓄熱及び熱搬送媒体とし
て用いられている。潜熱型の蓄熱材としては、各種無機
化合物の水和塩やノルマルパラフィンや高級アルコール
や高級脂肪酸などが挙げられる。

【０００３】暖房用や給湯用を目的とした８０℃以上の
温度域での潜熱蓄熱材として、その蓄熱効果とコストか
らパラフィンワックスや脂肪酸等の有機物及び無機系の
水和塩化合物が実用的なものとして挙げられるが、有機
物は熱伝導性が悪い、体積変化が大きい、可燃性であ
る、潜熱がそれほど大きくない等の理由により実用にな
っているのは無機化合物の水和塩のみである。

【０００４】本発明者は、上記有機系蓄熱材の欠点を補
い空調用に使用可能な蓄熱材を目的に蓄熱材を含むマイ
クロカプセルやそれを用いた空調方法の提案を行なっ
た。蓄熱材マイクロカプセルは冷房用及び暖房用の潜熱
を常に液状または固体として取り扱うことが可能、潜熱
を流動状態で搬送可能、蓄熱槽の小型化が可能である等
の特長が挙げられ、新規な空調用蓄熱材として利用する
ことができる。

【０００５】一般に蓄熱材をマイクロカプセル化する方
法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法
（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に
熱可塑性樹脂を噴霧する方法（同６２−４５６８０号公
報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成す
る方法（同６２−１４９３３４号公報）、蓄熱材粒子の
表面でモノマーを重合させ被覆する方法（同６２−２２
５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮
膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２号
公報）等の方法を用いることができる。

【０００６】上記マイクロカプセル化法の多くは、蓄熱
材を所望の大きさまで微小滴状とするために水中油滴型
に分散せしめる工程、即ち乳化工程が必要であり、その
際に微小滴状となる蓄熱材が液体状態であれば微小滴状
の乳化が容易であるが、固形状態の場合は蓄熱材が溶融
する温度以上に加熱して乳化を行う必要があった。しか
しながら水中油滴型乳化条件下においては分散媒が水で
あるため蓄熱材の融点が約８０℃以上の高温になると乳
化液全体を常にそれ以上の温度に保つことが困難とな
り、容器内で蓄熱材の融点よりも低い温度に至った部分
が生じた場合には、その部分の蓄熱材は固まってしまい
均一な粒子径の乳化液を作成することは困難であった。

【０００７】固形化合物の分散方法として、物理的な粉
砕装置を用いることにより微粒化することが可能である
が、その結果得られた粉砕物は液体の場合の乳化工程を
経たものとは異なり形状が球形ではなく不定形となる。
不定形粉砕物であっても周囲より共重合し得る反応性の
モノマーを供給して皮膜を形成することも可能である
が、粉砕物の凹凸の細部まで緻密な皮膜を形成すること
は困難であり、蓄熱材を液体の状態で乳化分散を行って
得たマイクロカプセルほど高い緻密性と堅牢性を得るこ
とは困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、球状
で、皮膜の物理的、化学的堅牢性に優れる、融点約８０
℃以上の蓄熱材を内包するマイクロカプセルを得ること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、水溶性
分散剤を含む乳化剤水溶液中に蓄熱材を微小滴状に乳化
分散する工程において、乳化液を密閉系で加圧状態にし
て蓄熱材の融点以上に加熱して蓄熱材を溶融状態として
乳化し、その蓄熱材微粒子の周囲に皮膜を形成すること
により達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の蓄熱材マイクロ
カプセルについて詳細に説明する。本発明では乳化剤を
含む水溶液中に蓄熱材を添加した後、加圧密閉が可能で
強度、熱的に丈夫な耐圧容器であり、しかも加熱装置と
激しい専断力を施すことが可能な乳化装置を用いて蓄熱
材の融点以上に過熱した状態で乳化を行うことにより本
発明の課題は達成される。即ち、水を分散媒とした乳化
液の温度は、１０１３ｍｂａｒ以下の開放形においては
約１００℃以上にはなり得ないが、容器を密閉状態とし
て１０１３ｍｂａｒ以上に加圧して乳化を行うことによ
り容器内の温度は１００℃以上となり、蓄熱材も溶融状
態となり得る。

【００１１】一般にボイラーや各種燃焼釜からの廃熱及
び太陽熱を蓄熱する際には、約８０〜１６０℃の範囲の
蓄熱材を用いて潜熱として蓄えることが２次側の給湯や
暖房装置にとっては顕熱と潜熱を合計した熱容量が大き
く取れるため利用しやすい温度域であり、この温度域に
融点を有する蓄熱材を本発明の蓄熱材として選択するこ
とが好ましく、具体的には、パラフィンワックス、ポリ
エチレンワックスなどの炭化水素化合物、高級アルコー
ル類や脂肪酸及びその金属塩、長鎖のエステル化合物な
どが挙げられる。これらの蓄熱材中には必要に応じ過冷
却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することが
できる。

【００１２】上記蓄熱材は、好ましくは粉末または小粒
のペレット状にして分散剤水溶液中に予備分散を行い、
全量添加し終わった時点で密閉状態とし加熱と強攪拌を
行うことにより蓄熱材がスムーズに溶解して乳化工程が
施されていく。本発明のマイクロカプセルの平均粒子径
は１〜５０μｍの範囲に設定することが好ましい。この
粒子径より小さいと熱的な強度が低下し、またこの範囲
より大きいと物理的強度が低下するため好ましくない。
蓄熱材の粒子径の制御は、分散剤の種類と濃度、分散工
程時の温度と時間、乳化比（水相と油相の体積比率）、
乳化機、分散機等と称される微粒化装置の運転条件（攪
拌回転数、時間等）等の因子で調節される。

【００１３】本発明で述べる平均粒子径は完成したマイ
クロカプセルの体積平均粒子径を意味し、具体的には米
国コールター社製コールターマルチサイザーを用いて測
定された体積平均粒子径を表す。上記範囲より大きい粒
子径では機械的せん断力に極めて弱くなり、上記範囲よ
り小さくすれば破壊は抑えられるものの膜厚が薄くなり
耐熱性に乏しくなるため好ましくない。

【００１４】本発明で用いられる分散剤としては、熱的
に安定でマイクロカプセル化するために適するものであ
れば使用可能でありカチオン系、アニオン系、ノニオン
系何れの種類でも使用可能であるがインサイチュー重合
法においてはアニオン系の分散剤や保護コロイドが適し
具体的には、脂肪酸石鹸、金属石鹸、アルキル硫酸エス
テル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エス
テル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、ジアルキル
スルフォこはく酸塩、ポリ（メタ）アクリル酸、スチレ
ン無水マレイン酸共重合体加水分解物、α−アルキルス
チレン無水マレイン酸共重合体加水分解物、メチルビニ
ルエーテル無水マレイン酸共重合体加水分解物、ビニル
トルエン無水マレイン酸共重合体加水分解物、スチレン
ベンジルメタクリレート無水マレイン酸共重合体加水分
解物、エチレン無水マレイン酸共重合体加水分解物、イ
ソブチレン無水マレイン酸共重合体加水分解物、酢酸ビ
ニル無水マレイン酸共重合体加水分解物などが用いられ
る。

【００１５】マイクロカプセルの皮膜形成材としては、
界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポ
リスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリ
アクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、ア
ミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセ
ルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション
法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、
本発明の如き比較的高融点の蓄熱材を内包するマイクロ
カプセルの場合にはインサイチュー法によるメラミンホ
ルマリン樹脂及び尿素ホルマリン樹脂が高温にも耐えう
る皮膜となり得るため特に好ましい。

【００１６】本発明で述べる蓄熱材マイクロカプセルは
通常水分散液の形態で得られるが、分散媒である水を乾
燥又は脱水することにより固形物とすることが可能であ
る。本発明で述べる固形物とは、水分が全くない状態の
完全な固形物に限らず、常温で流動性がないケーキ状態
の形態も含み、例えばフィルタープレス、スクリュープ
レス、遠心分離法、蒸発乾燥法、噴霧乾燥法等の装置を
用いて得られた水分含有量が４０％以下に脱水したウェ
ットケーキも含まれる。マイクロカプセル分散液中には
固形化処理を行う前に、金属粉、着色剤、比重調節材、
分散助剤、接着剤、湿潤剤等を添加することができる。

【００１７】本発明の蓄熱材マイクロカプセルはシート
状支持体、例えば、セルロース繊維からなる紙、ナイロ
ン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリウ
レタン繊維等の合成繊維シートに塗工、又は含浸して蓄
熱性を有するシートとして取り扱うことができる。ま
た、これらのシートを高温になる部位の周辺に巻き付け
たり貼りつけたりすることにより急激な温度上昇を抑え
ることが可能な発熱抑制シートとして使用できる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。実施例中の部
数は固形重量部を表す。また、融点及び耐熱性の評価は
示差熱熱量計を用い、いずれも米国パーキンエルマー社
製、ＤＳＣ−７型を用いて測定した。

【００１９】実施例 メラミン粉末７部に３７％ホルムアルデヒド水溶液１
３．５部と水３０部を加え、ｐＨを８に調整した後、約
７０℃まで加熱してメラミンホルムアルデヒド初期縮合
物水溶液を得た。ｐＨを４．５に調整した１０％スチレ
ン無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００
部中に、蓄熱材として分子量９００のポリエチレンワッ
クスの粉末（融点１１６℃、融解熱量２３５ｋＪ／ｋ
ｇ）８０部を加圧可能な構造と攪拌装置が施された容器
中で予備分散した後、容器内の圧力が漏れないよう密閉
し、徐々に加熱して１３０℃となった時点で５分間強撹
拌を施した。

【００２０】乳化終了後、系内の温度を８０℃に下げ圧
力も常圧まで低下させ、乳化液の温度を８０℃に設定し
て上記メラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液全
量を添加した後、加熱と攪拌を２時間施した後、ｐＨを
９に調製して固形分濃度４５％、平均粒子径１３μｍの
蓄熱材マイクロカプセル分散液を得た。

【００２１】このマイクロカプセル分散液の水分を蒸発
させ固形粉末状態とした後、同重量のポリエチレングリ
コールの中に再分散させ断熱性の蓄熱槽に充填し給湯用
蓄熱材を得た。この蓄熱材を約１５０℃に加熱しておき
その中を金属製の熱交換用パイプを通過させることによ
り給湯用として多量の温熱を蓄えることが可能であっ
た。

【００２２】比較例 実施例においては加圧条件下で蓄熱材の融点以上で乳化
を行ったが、室温でセラミック製のボールを用いた湿式
粉砕器を用いて同じく１３μｍまで粉砕を行い、それ以
降は同様のマイクロカプセル化処理を行なった。その結
果、得られたマイクロカプセルの形状は不定形で大小無
数の凹凸のあるものであった。このマイクロカプセルを
同様に固形化処理を行いポリエチレングリコールに分散
したところマイクロカプセル皮膜から蓄熱材が浸みだし
てきて、加熱を施すことによりマイクロカプセルのほと
んどが溶解してしまった。

【００２３】

【発明の効果】実施例からも明らかなように、従来より
知られているマイクロカプセル化手法では得られなかっ
た融点８０℃以上の蓄熱材のマイクロカプセルが、本発
明の如く加圧可能な装置を用いて蓄熱材の融点以上で乳
化を行うことにより緻密な皮膜を有するマイクロカプセ
ルが得られることが可能となった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｊ 3/12 ＣＦＪ Ｃ０８Ｌ 23:06 // Ｃ０８Ｌ 23:06 91:06 91:06 Ｂ０１Ｊ 13/02 Ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水溶性分散剤を含む水溶液中に、融点が
   ８０〜１６０℃の蓄熱材を微小滴状に乳化する工程にお
   いて、乳化液の温度を蓄熱材の融点以上に加熱して蓄熱
   材を溶融状態として平均粒子系を１〜５０μｍの範囲に
   乳化せしめた後、蓄熱材微粒子の周囲に皮膜を形成する
   ことを特徴とする蓄熱材マイクロカプセルの製造方法。
2. 【請求項２】 マイクロカプセルの皮膜がメラミンホル
   マリン樹脂または尿素ホルマリン樹脂である請求項１記
   載の蓄熱材マイクロカプセル。
3. 【請求項３】 乳化液を、１０１３ｍｂａｒ以上の加圧
   条件下で乳化を行うことを特徴とする請求項１記載の蓄
   熱材マイクロカプセルの製造方法。